Thesis by EL MAALOUF Jhony
Mechanism of the sonodynamic effect: ultrasonic cavitation-Photofrin® association on in vitro cytotoxic effects.
Defended on 19 december 2008
The photodynamic therapy involves administering a photosensitizer drug in tumour and its activation by light. Sonodynamic therapy consists on substituting the light, in photodynamic therapy, with ultrasound. In fact, ultrasound can generate cavitation bubbles capable of collapsing and inducing sonodynamic cytotoxicity. In this work, cavitation was characterized acoustically, chemically and biologically. A new controlled cavitation generator was used allowing the substitution of ultrasonic setpoints with cavitation levels. This device helped the quantification of the sonodynamic effect for different cavitation levels. Moreover, photosensitizer Photofrin® potentiated significantly cavitation cytotoxicity and apoptosis induction. Unlike photodynamic therapy, Photofrin® irradiation with ultrasounds does not lead to cytotoxic singlet oxygen generation. Thus in our conditions, sonodynamic effect is caused by Photofrin® insertion in cell cytoplasmic membranes, inducing their sensitization to the ultrasonic action. The use of a controlled cavitation generator made possible accurate investigations about the sonodynamic process, revealing its mechanical aspects.
Mécanisme de l’effet sonodynamique : rôle de l’association cavitation-Photofrin® sur les effets cytotoxique in vitro.
Soutenue le 19 December 2008
La thérapie photodynamique consiste à administrer un agent photosensibilisant qui se concentre au sein de la tumeur, et dont l’irradiation lumineuse produit un effet cytotoxique. La thérapie sonodynamique repose sur le même mode opératoire mais dans lequel la source lumineuse est substituée par une source ultrasonore. La littérature fait apparaitre la cavitation ultrasonore comme l’élément clé de l’effet sonodynamique. Nos travaux ont débuté par la caractérisation de la cavitation sur le plan acoustique, chimique et biologique. Un nouveau transducteur ultrasonore imposant une cavitation régulée a été mis en oeuvre, permettant d’utiliser comme consigne les niveaux de cavitation. Ce dispositif a permis de quantifier l’effet sonodynamique pour différents niveaux de cavitation. On observe ainsi que l’utilisation du photosensibilisant Photofrin® amplifie significativement la cytotoxicité et amplifie l’apoptose. Contrairement à ce qui se produit en photodynamothérapie, l’exposition du Photofrin® aux ultrasons n’induit pas la génération de l’oxygène singulet cytotoxique. Ainsi, dans nos conditions, la cytotoxicité sonodynamique s’avère être due à l’insertion du Photofrin® dans les membranes cytoplasmiques des cellules, et par la même, leur sensibilisation à l’action des ultrasons. L’utilisation d’un générateur régulé de cavitation a donc permis une investigation précise du processus sonodynamique qui, contrairement à l’effet photodynamique, repose principalement sur un processus mécanique.
Defended on 19 december 2008
The photodynamic therapy involves administering a photosensitizer drug in tumour and its activation by light. Sonodynamic therapy consists on substituting the light, in photodynamic therapy, with ultrasound. In fact, ultrasound can generate cavitation bubbles capable of collapsing and inducing sonodynamic cytotoxicity. In this work, cavitation was characterized acoustically, chemically and biologically. A new controlled cavitation generator was used allowing the substitution of ultrasonic setpoints with cavitation levels. This device helped the quantification of the sonodynamic effect for different cavitation levels. Moreover, photosensitizer Photofrin® potentiated significantly cavitation cytotoxicity and apoptosis induction. Unlike photodynamic therapy, Photofrin® irradiation with ultrasounds does not lead to cytotoxic singlet oxygen generation. Thus in our conditions, sonodynamic effect is caused by Photofrin® insertion in cell cytoplasmic membranes, inducing their sensitization to the ultrasonic action. The use of a controlled cavitation generator made possible accurate investigations about the sonodynamic process, revealing its mechanical aspects.
Mécanisme de l’effet sonodynamique : rôle de l’association cavitation-Photofrin® sur les effets cytotoxique in vitro.
Soutenue le 19 December 2008
La thérapie photodynamique consiste à administrer un agent photosensibilisant qui se concentre au sein de la tumeur, et dont l’irradiation lumineuse produit un effet cytotoxique. La thérapie sonodynamique repose sur le même mode opératoire mais dans lequel la source lumineuse est substituée par une source ultrasonore. La littérature fait apparaitre la cavitation ultrasonore comme l’élément clé de l’effet sonodynamique. Nos travaux ont débuté par la caractérisation de la cavitation sur le plan acoustique, chimique et biologique. Un nouveau transducteur ultrasonore imposant une cavitation régulée a été mis en oeuvre, permettant d’utiliser comme consigne les niveaux de cavitation. Ce dispositif a permis de quantifier l’effet sonodynamique pour différents niveaux de cavitation. On observe ainsi que l’utilisation du photosensibilisant Photofrin® amplifie significativement la cytotoxicité et amplifie l’apoptose. Contrairement à ce qui se produit en photodynamothérapie, l’exposition du Photofrin® aux ultrasons n’induit pas la génération de l’oxygène singulet cytotoxique. Ainsi, dans nos conditions, la cytotoxicité sonodynamique s’avère être due à l’insertion du Photofrin® dans les membranes cytoplasmiques des cellules, et par la même, leur sensibilisation à l’action des ultrasons. L’utilisation d’un générateur régulé de cavitation a donc permis une investigation précise du processus sonodynamique qui, contrairement à l’effet photodynamique, repose principalement sur un processus mécanique.
