Neste trabalho, experimentos com células 2D e 3D foram conduzidos para determinar o CI50 para as formas "ring-closed" e "ring-open" de LMB002 (ver Figura 1) em diferentes tempos de incubação. Esses valores foram comparados com os obtidos para o peptídeo protótipo, a gramicidina S (utilizada como controle positivo). Um conjunto típico de imagens da incubação em cultura LLC cultivada em 2D após a coloração é mostrado na Figura 5. A cocoloração com Hoechst 33342 (azul) e iodeto de propídio (vermelho), resultando em diferentes tons de roxo em uma fração maior de células no caso de tratamento com a forma "anel-aberta" em comparação com "anel-fechado", indica uma diferença notável na citotoxicidade entre duas formas que pode ser facilmente quantificada. O exemplo demonstrado de um experimento bem-sucedido é baseado nos dados coletados usando o formato de placa de 96 poços, onde as variantes peptídicas em concentrações variáveis foram adicionadas, como mostrado na Figura 2. Dados semelhantes podem ser obtidos com placas de 384 poços e de alta densidade. No entanto, como os volumes por poço são reduzidos, os erros técnicos e sistemáticos e, como resultado, a precisão da determinação do CI50 diminuirão com o aumento da densidade do poço.

Figura 5: Imagens representativas do ensaio de citotoxicidade na LLC cultivada em monocamada. As células foram coradas com Hoechst 33342 (azul) e iodeto de propídio (vermelho). Os tempos mostrados: 10 min, 60 min, 24 h e 72 h são tempos de incubação com compostos. Barras de escala = 50 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
A fotoconversão do LMB002 por irradiação com luz laser em um tecido modelo - picanha fresca de porco - foi determinada usando uma amostra composta de carne picada misturada com LMB002 forma "ring-fechada" (inativa) dissolvida em PBS e medindo a conversão desta forma inativa para a forma LMB002 "ring-open" (ativado) na direção da propagação da radiação. A amostra foi colocada em uma seringa e irradiada de um lado com um feixe plano de radiação laser pelo tempo de exposição de ~10 min (normalmente usado em experimentos in vivo ), como mostra a Figura 3. Após a exposição, o cilindro da amostra foi dividido em partes, pressionando-se o pistão da seringa e cortando-se com bisturi os cortes de mesma altura. A concentração de LMB002 "ring-open" nos extratos dos cortes foi determinada por CLAE.
A Figura 6 ilustra as curvas dose-efeito, Figura 6A-D, obtidas a partir da análise dos dados. Para identificar a porcentagem de células mortas com cocoloração nuclear dos corantes Hoechst 33342 e PI, usamos uma ferramenta classificadora integrada que define limiares numéricos em parâmetros medidos selecionados para dividir todas as contagens de células em várias categorias. Por exemplo, quando o sinal do canal vermelho (iodeto de propídio) no controle estava no limiar (aproximadamente 110-130 unidades), as células poderiam ser classificadas como PI-positivas, consideradas mortas, ou PI-negativas, consideradas não afetadas pelos compostos. Para LMB002, podem ser observadas dependências sigmoidais da porcentagem de células positivas para iodeto de propídio na concentração do composto. A partir desses dados, é possível determinar os valores de IC50.

Figura 6: Análise da citotoxicidade em cultura 2D. Ajustes de sigmoide foram obtidos na cultura LLC por (A) 10 min, (B) 60 min, (C) 24 h, e (D) 72 h-times tomados para incubação com compostos. O ajuste permite a determinação precisa dos valores de IC50 (não mostrados). Abreviações: LLC = Lewis lung carcinoma; IP = iodeto de propídio. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Considerando os valores de CI50 obtidos, podemos concluir que a toxicidade dos três compostos aumentou com o tempo de incubação. Nosso experimento revelou que a forma "anel-aberta" de LMB002 é cerca de uma etapa de diluição menos tóxica do que o peptídeo protótipo, gramicidina S. Enquanto a forma "anel-fechado" demonstra três a quatro etapas de diluição menor toxicidade, que aumenta com o tempo de incubação. A diferença entre as duas etapas de diluição não é afetada pelo aumento do tempo de incubação e pode ser usada numericamente comouma janela fototerapêutica 6 determinada experimentalmente para comparação com outros compostos em uma triagem de biblioteca potencial. O valor de IC50 para gramicidina S foi estabelecido como ponto de referência para corrigir erros experimentais ou saídas diferenciais em réplicas biológicas.
Os experimentos com células 3D produziram o mesmo tipo de dados brutos - as imagens esferoides resolvidas uma por poço em uma única célula. A inclusão da calceína como terceiro corante permite a quantificação da fração de células metabolicamente ativas (observada no canal verde). Usando placas de 384 poços, aumentando o número de réplicas técnicas, excluindo pontos de tempo de co-incubação redundantes e alterando a dobra de diluição, pudemos comparar diretamente vários compostos em um único ensaio (usando placa única), como ilustrado no mapa de placas na Figura 7.

Figura 7: Mapa de placas para o experimento de cultura 3D com dois compostos. Códigos de cores para os compostos e controle são indicados. Os números nos poços são concentrações em μM. 10 min, 24 h e 72 h são tempos de incubação. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
A Figura 8 exibe as imagens de réplicas técnicas selecionadas de esferoides LLC crescidos a uma densidade de 1 esferoide/poço na presença de compostos testados e esferoides de controle capturados após a coloração.

Figura 8: Imagens representativas do ensaio de citotoxicidade em cultura 3D. As imagens mostram esferoides LLC de 48 h de idade corados com Hoechst 33342 (azul), calceína AM (verde) e iodeto de propídio (vermelho) após 10 min, 24 h e 72 h de co-incubação com fotoformas LMB002 e barras de escala gramicidina S = 100 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Utilizando o software do instrumento, as curvas dose-efeito, como as do experimento 2D, foram obtidas a partir das pilhas de imagens empilhadas em z (Figura 9A). Além disso, esferoides compactos e não deformados nas culturas 3D puderam ser caracterizados pelo diâmetro esferoide inteiro (Figura 9B). Observou-se também que o diâmetro total do esferoide varia com a concentração do composto.

Figura 9: Avaliação da citotoxicidade com culturas 3D. (A) Curvas de ajuste de citotoxicidade concentração-dependente e (B) parcelas de diâmetro de esferoides dependentes da concentração obtidas nas culturas 3D de LLC co-incubadas com gramicidina S por 10 min, 24 h e 72 h e capturadas antes da coloração. As barras de erro são SEM. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
O experimento para a Etapa 2 permite a determinação das concentrações de LMB002 em ambas as fotoformas usando cromatografia líquida de alta eficiência detectada por UV. A eficiência da fotoconversão nos tecidos modelo foi facilmente avaliada e quantificada por meio deste setup (Figura 3). Os dados foram obtidos a partir da análise quantitativa dos cromatogramas dos extratos das amostras. Nestes experimentos, cromatogramas LMB002 foram detectados espectroscopicamente a 270 nm e 570 nm. A 270 nm, muitos sinais adicionais foram observados e atribuídos aos compostos co-extraídos do tecido modelo (verificados a partir do extrato controle sem o composto). Ambas as fotoformas foram suficientemente diferentes em tempos de retenção e absorbância. No entanto, o sinal LMB002 "ring-open" foi separado da linha de base desses sinais de fundo (veja um cromatograma representativo na Figura 10A). Portanto, este sinal pode ser integrado sem problemas. Em 570 nm, os cromatogramas continham apenas sinal de forma "fechado em anel" LMB002 (Figura 10B). Aqui, realizamos a determinação da concentração usando HPLC RP. No entanto, uma precisão ainda maior e limites de detecção mais baixos poderiam ser obtidos usando LC/MS como método analítico.

Figura 10: Cromatogramas representativos de LMB002 extraídos de tecidos modelo. A) Amostra a 2 mm da superfície irradiada, registada a 270 nm (LMB002 forma "ring-open" é integrada); (B) amostra a 38 mm da superfície irradiada, registrada a 570 nm (o pico do LMB002 "ring-closed" está integrado). Os valores de tempo de retenção (indicados) confirmaram adicionalmente a identidade do composto. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os dados obtidos após a integração dos sinais correspondentes de todas as amostras coletadas foram utilizados para a construção dos gráficos concentração-profundidade, como mostra a Figura 11. Com base nesses gráficos, a eficiência da fotoconversão em diferentes profundidades do tecido modelo foi facilmente avaliada. Isso confirma que nossa fonte de luz vermelha induz a fotoconversão LMB002 "fechada em anel" a uma profundidade de até 1 c, na carne picada (aproximadamente 103 mW/cm2).

Figura 11: Avaliação da eficiência de fotoconversão. Concentração (A, mg/kg) das formas LMB002 "ring-closed" (non-activated, blue dots) e "ring-open" (activado, orange dots) a diferentes distâncias da superfície irradiada do tecido modelo (L, mm). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os resultados do experimento in vivo - Etapa 3 de nossa metodologia realizada de acordo com o cronograma apresentado na Figura 4 - foram representados por gráficos mostrando o crescimento tumoral em função do tempo (Figura 12) e curvas de sobrevida de Kaplan-Meier (Figura 13).

Figura 12: Dinâmica do crescimento tumoral em animais. Animais tratados com LMB002 em comparação com os animais tratados com veículo (modelo de aloenxerto LLC subcutâneo em camundongos C57BL/6NCrl, dose composta 7 mg/kg, IV, incubação de 2 h 40 min, depois irradiação a 650 nm, 100 mW/cm2, 20 min). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 13: Curvas de mortalidade dos animais. Animais tratados com LMB002 em comparação com os animais tratados com veículo (modelo de aloenxerto LLC subcutâneo em camundongos C57BL/6NCrl, dose composta 7 mg/kg, IV, incubação de 2 h 40 min, depois irradiação a 650 nm, 100 mW/cm2, 20 min). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.