Enhancement of 5-aminolevulinic acid-based fluorescence detection of side population-defined glioma stem cells by iron chelation

Abstract

Cancer stem cells (CSCs) are dominantly responsible for tumor progression and chemo/radio-resistance, resulting in tumor recurrence. 5-aminolevulinic acid (ALA) is metabolized to fluorescent protoporphyrin IX (PpIX) specifically in tumor cells, and therefore clinically used as a reagent for photodynamic diagnosis (PDD) and therapy (PDT) of cancers including gliomas. However, it remains to be clarified whether this method could be effective for CSC detection. Here, using flow cytometry-based analysis, we show that side population (SP)-defined C6 glioma CSCs (GSCs) displayed much less 5-ALA-derived PpIX fluorescence than non-GSCs. Among the C6 GSCs, cells with ultralow PpIX fluorescence exhibited dramatically higher tumorigenicity when transplanted into the immune-deficient mouse brain. We further demonstrated that the low PpIX accumulation in the C6 GSCs was enhanced by deferoxamine (DFO)-mediated iron chelation, not by reserpine-mediated inhibition of PpIX-effluxing ABCG2. Finally, we found that the expression level of the gene for heme oxygenase-1 (HO-1), a heme degradation enzyme, was high in C6 GSCs, which was further up-regulated when treated with 5-ALA. Our results provide important new insights into 5-ALA-based PDD of gliomas, particularly photodetection of SP-defined GSCs by iron chelation based on their ALA-PpIX-Heme metabolism.

5-aminolevulinic acid (5-ALA) fluorescence-guided Mohs surgery resection of penile-scrotal extramammary Paget's disease

“…In contrast, the fluorescence of the tumor tissue is intense and sharply demarcated. When using 5-aminolevulinic acid (5-ALA)-mediated Photodynamic diagnosis (PDD), many studies have obtained better results (24)(25)(26)(27)(28).…”

Análise do fenótipo de células-tronco neoplásicas em células epiteliais displásicas orais e de carcinoma epidermóide oral resistentes à terapia fotodinâmica

“…O modelo de resistência adotado simula a situação clínica em que múltiplas sessões de PDT são utilizadas para se erradicar completamente as lesões leucoplásicas (Grant et al,1993;Chen et al, 2005;Jerjes et al, 2012), variando-se ou não o protocolo inicialmente instituído. No presente estudo, optamos por aumentar a dose de irradiação a cada ciclo de tratamento, seguindo modelos anteriores testados e validados com outras linhagens celulares (Milla et al, 2011;Bhowmick;Girotti, 2014;Fahey;Girotti, 2015;Wang et al, 2017), decidimos também utilizar o 5-ALA como indutor de fotossensibilizador devida a sua utilização recorrente em lesões orais expostas à PDT (Fan et al, 1996;Tsai et al, 2004;Jerjes et al, 2011;Yu, 2014;Wang et al, 2017 (Casas et al, 2008). Já outro estudo detectou maior capacidade de migração em células de carcinoma de pele resistentes à PDT mediada pelo 5-ALA (Milla et al, 2011).…”

“…Em estudo envolvendo células de glioblastoma expostas à PDT mediada pelo 5-ALA, foi demonstrado que as células tronco tumorais exibiam menor fluorescência derivada da PpIX do que as células não-células tronco tumorais, provavelmente por não permitirem a entrada ou a atuação do 5-ALA no interior das células (Wang et al, 2017).…”

“…Poucos estudos avaliaram se a terapia fotodinâmica exerce efeito inibitório ou estimulatório sobre células tronco tumorais Yu, 2014;Selbo et al, 2015;Wang et al, 2017). Em estudo anterior, demonstramos que células de CEO podem desenvolver resistência à terapia fotodinâmica mediada pelo ácido 5-aminolevulínico (5-ALA).…”

“…Quando o grupo inibiu a autofagia por intermédio de inibidores farmacológicos e do silenciamento do gene ATG5, ocorreu apoptose das células PROM1/CD133 e, posteriormente, diminuição da capacidade de formação de colônias e da tumorigênese in vivo. Os autores concluíram que a autofagia apresenta um papel protetor contra a terapia fotodinâmica e que o direcionamento da autofagia pode ser usado para elevar a sensibilidade das células tronco tumorais a terapia fotodinâmica(Wei et al, 2014).Outra explicação para a resistência das células tronco tumorais a terapia fotodinâmica mediada por porfirinas reside na análise da quantidade de protoporfirina (PpIX) dentro das células Wang et al (2017). demonstraram que, em células de Marcadores expressos em células-tronco tumorais de carcinoma epidermóide oral São descritos na literatura diversos marcadores expressos em células com fenótipo tronco e que são considerados marcadores confiáveis em ensaios para caracterização de células tronco tumorais.…”