Photopharmacology is a discipline that develops at the intersection of molecular chemistry, photobiology, and pharmacology, focusing on the use of photosensitive molecules to precisely and reversibly control pharmacological activity through light stimuli. The advent of molecular photoswitches (molecules capable of transitioning from one isomeric state to another through light irradiation at specific wavelengths) has opened new perspectives in the design of optically controllable drugs, allowing for exact spatial and temporal modulation of the action of bioactive compounds. Molecular photopharmacology has shown particular promise in the oncological context, offering innovative solutions for cancer treatment. Molecular photoswitches applied to anti-tumor therapies allow precise control over drug activity, minimizing undesirable side effects on healthy tissues typical of systemic therapies. These photoswitches can be integrated into conventional drugs or designed as standalone agents, offering a wide range of possibilities for spatial and temporal control of anti-tumor therapies. In this context, the activity of three distinct research groups has been particularly interesting, as they have designed and analyzed new photopharmaceuticals based on azobenzene (one of the most commonly used molecular photoswitches in photopharmacology, capable of isomerizing between trans and cis states) starting from conventional drugs already used in oncology, with the aim of optimizing efficacy and limiting off-target effects. The anti-tumor applications of molecular photoswitches include the modulation of cellular apoptosis, the selective activation of anti-tumor drugs, and the control of drug distribution within tumor tissue. The use of light stimuli to activate or deactivate the activity of anti-tumor drugs offers a new frontier for personalized and highly targeted therapies in cancer treatment. However, significant challenges persist in the field of photopharmacology. The optimization of administration strategies, as well as the design of photoswitches with optimal optical responses, stability, specificity, and isomerization through irradiation with non-toxic wavelengths (within the visible range), requires careful approach and continuous research. The effective integration of photoswitches into clinical treatments and a thorough understanding of their mechanisms of action remain crucial for translating these innovative approaches into clinically effective anti-tumor therapies. In summary, photopharmacology based on molecular photoswitches represents a fascinating perspective even in the field of anti-tumor therapy, offering unprecedented control over pharmacological activity through the use of light. The evolution and optimization of these technologies promise to radically transform the approach to cancer treatment, paving the way for new therapeutic strategies that can expand treatment options for many patients.
La fotofarmacologia è una disciplina che si sviluppa all’intersezione della chimica molecolare, della fotobiologia e della farmacologia e si concentra sull’impiego di molecole fotosensibili per controllare l’attività farmacologica in modo preciso e reversibile mediante stimoli luminosi. L’avvento dei fotoswitch molecolari (molecole in grado di passare da uno stato isomerico a un altro tramite irradiazione luminosa a lunghezze d’onda specifiche) ha aperto nuove prospettive nella progettazione di farmaci controllabili otticamente, consentendo un’esatta modulazione spaziale e temporale dell’azione dei composti bioattivi. La fotofarmacologia molecolare si è dimostrata particolarmente promettente nel contesto oncologico, offrendo soluzioni innovative per il trattamento del cancro. I fotoswitch molecolari applicati alle terapie antitumorali consentono infatti un controllo preciso sull’attività dei farmaci, minimizzando gli effetti collaterali indesiderati sui tessuti sani tipici di terapie sistemiche. Questi fotoswitch possono essere integrati in farmaci convenzionali o progettati come agenti autonomi, offrendo un’ampia gamma di possibilità per il controllo spaziale e temporale delle terapie antitumorali. In questo contesto, è risultata interessante l’attività di tre gruppi distinti di ricerca che hanno progettato ed analizzato nuovi fotofarmaci basati sull’azobenzene (uno dei fotoswitch molecolari più utilizzati nel contesto fotofarmacologico, in grado di isomerizzare tra gli stati trans e cis) a partire da farmaci convenzionali già utilizzati in campo oncologico, con lo scopo di ottimizzarne l’efficacia e limitare gli effetti off-target. Le applicazioni antitumorali dei fotoswitch molecolari comprendono la modulazione dell’apoptosi cellulare, l’attivazione selettiva di farmaci antitumorali e il controllo della distribuzione spaziale dei farmaci nel tessuto tumorale. L’impiego di stimoli luminosi per attivare o disattivare l’attività dei farmaci antitumorali offre una nuova frontiera per terapie personalizzate e altamente mirate nel trattamento del cancro. Tuttavia, sfide significative persistono nel campo della fotofarmacologia. L’ottimizzazione delle strategie di somministrazione, così come la progettazione di fotoswitch con risposte ottiche ottimali, stabilità, specificità e isomerizzazione tramite irradiazione con lunghezze d’onda non tossiche (nel range del visibile) richiede un approccio attento e una ricerca continua. L’integrazione efficace dei fotoswitch nei trattamenti clinici e la comprensione approfondita dei loro meccanismi d’azione rimangono cruciali per tradurre questi approcci innovativi in terapie antitumorali clinicamente efficaci. In sintesi, la fotofarmacologia basata sui fotoswitch molecolari rappresenta una prospettiva affascinante anche nel campo della terapia antitumorale, offrendo un controllo senza precedenti sull’attività farmacologica attraverso l’uso della luce. L’evoluzione e l’ottimizzazione di queste tecnologie promettono di trasformare radicalmente l’approccio al trattamento del cancro, aprendo la strada a nuove strategie terapeutiche che possano ampliare le possibilità terapeutiche per molti pazienti.
Fotofarmacologia e nuove prospettive per la terapia antitumorale
PARPINEL, SARA
2022/2023
Abstract
La fotofarmacologia è una disciplina che si sviluppa all’intersezione della chimica molecolare, della fotobiologia e della farmacologia e si concentra sull’impiego di molecole fotosensibili per controllare l’attività farmacologica in modo preciso e reversibile mediante stimoli luminosi. L’avvento dei fotoswitch molecolari (molecole in grado di passare da uno stato isomerico a un altro tramite irradiazione luminosa a lunghezze d’onda specifiche) ha aperto nuove prospettive nella progettazione di farmaci controllabili otticamente, consentendo un’esatta modulazione spaziale e temporale dell’azione dei composti bioattivi. La fotofarmacologia molecolare si è dimostrata particolarmente promettente nel contesto oncologico, offrendo soluzioni innovative per il trattamento del cancro. I fotoswitch molecolari applicati alle terapie antitumorali consentono infatti un controllo preciso sull’attività dei farmaci, minimizzando gli effetti collaterali indesiderati sui tessuti sani tipici di terapie sistemiche. Questi fotoswitch possono essere integrati in farmaci convenzionali o progettati come agenti autonomi, offrendo un’ampia gamma di possibilità per il controllo spaziale e temporale delle terapie antitumorali. In questo contesto, è risultata interessante l’attività di tre gruppi distinti di ricerca che hanno progettato ed analizzato nuovi fotofarmaci basati sull’azobenzene (uno dei fotoswitch molecolari più utilizzati nel contesto fotofarmacologico, in grado di isomerizzare tra gli stati trans e cis) a partire da farmaci convenzionali già utilizzati in campo oncologico, con lo scopo di ottimizzarne l’efficacia e limitare gli effetti off-target. Le applicazioni antitumorali dei fotoswitch molecolari comprendono la modulazione dell’apoptosi cellulare, l’attivazione selettiva di farmaci antitumorali e il controllo della distribuzione spaziale dei farmaci nel tessuto tumorale. L’impiego di stimoli luminosi per attivare o disattivare l’attività dei farmaci antitumorali offre una nuova frontiera per terapie personalizzate e altamente mirate nel trattamento del cancro. Tuttavia, sfide significative persistono nel campo della fotofarmacologia. L’ottimizzazione delle strategie di somministrazione, così come la progettazione di fotoswitch con risposte ottiche ottimali, stabilità, specificità e isomerizzazione tramite irradiazione con lunghezze d’onda non tossiche (nel range del visibile) richiede un approccio attento e una ricerca continua. L’integrazione efficace dei fotoswitch nei trattamenti clinici e la comprensione approfondita dei loro meccanismi d’azione rimangono cruciali per tradurre questi approcci innovativi in terapie antitumorali clinicamente efficaci. In sintesi, la fotofarmacologia basata sui fotoswitch molecolari rappresenta una prospettiva affascinante anche nel campo della terapia antitumorale, offrendo un controllo senza precedenti sull’attività farmacologica attraverso l’uso della luce. L’evoluzione e l’ottimizzazione di queste tecnologie promettono di trasformare radicalmente l’approccio al trattamento del cancro, aprendo la strada a nuove strategie terapeutiche che possano ampliare le possibilità terapeutiche per molti pazienti.| File | Dimensione | Formato | |
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