Фотодинамическая терапия
Онкологические заболевания весьма разнообразны и затрагивают все механизмы жизнедеятельности клетки. На сегодняшний день от раковых заболеваний умирает каждый пятый человек в мире. В связи с тем, что механизм раковых заболеваний полностью еще не выяснен, лечение таких болезней пока затруднено и не имеет однозначного подхода. Кроме того, необходимо лечить собственные перерожденные клетки.
Доказано, что развитие рака начинается с одной мутированной клетки. При обнаружении опухоль содержит более миллиарда клеток, однако около половины из них не являются переродившимися. В связи с этим желательно селективное удаление мутированных клеток. Единственным методом, позволяющим селективно удалять раковые клетки, является фотодинамическая терапия (ФДТ).
В начале ХХ века было обнаружено, что раковая клетка обладает интересным свойством - она может селективно накапливать и удерживать окрашенные вещества, как находящиеся в организме (эндогенные порфирины), так и вводимые в него извне (экзогенные порфирины). Было предложено воздействовать на этот участок светом с длиной волны, возбуждающей только данные соединения, причем общая энергия света должна быть невысокой, чтобы не поразить здоровые клетки. После успешного лечения 25 пациентов (проф. Т. Догерти, 1978 год) метод ФДТ получил развитие в таких странах как Великобритания, Германия, Франция, Китай и другие, а с 1992 года в России.
Суть ФДТ состоит в способности фотосенсибилизаторов селективно накапливаться в ткани опухолей и при локальном воздействии лазерного облучения определенной длины волны генерировать образование синглетного кислорода и других активных радикалов, оказывающих токсический эффект на опухолевые клетки. Эффективность фотодинамического повреждения сенсибилизированной клетки определяется внутриклеточной концентрацией сенсибилизатора; его локализацией в клетке и фотохимической активностью; подводимой световой дозой лазерного облучения. Кроме прямого цитотоксического воздействия на опухолевые клетки, при ФДТ важную роль в деструкции играют: нарушение кровоснабжения за счет повреждения эндотелия кровеносных сосудов опухолевой ткани; цитокиновые реакции, обусловленные стимуляцией продукции фактора некроза опухоли, активацией макрофагов, лейкоцитов и лимфоцитов. Достоинством ряда фотосенсибилизаторов является возможность сочетания в одной процедуре лечения и флуоресцентной диагностики. Снятие и изучение спектров флуоресценции, а также получение 2-мерных флуоресцентных изображений опухоли позволяют определить границы и распространенность опухолевого процесса и способствуют повышению эффективности проводимой ФДТ. Высокая избирательность поражения опухоли при ФДТ позволяет минимально травмировать окружающие здоровые ткани, что обусловливает высокий функциональный и косметический результаты лечения.
Опухолевые клетки поглощают фотосенсибилизаторы значительнее активнее, чем клетки здоровых тканей, тем самым, обеспечивая селективность ФДТ.
Так как с ростом длины волны растет проникающая способность света в биологические ткани, то для ФДТ наиболее предпочтительной полосой возбуждения является самая длинноволновая полоса поглощения конкретного фотосенсибилизатора.
Транспорт сенсибилизатора к клетке осуществляется за счет различных компонентов крови, среди которых большое значение имеют комплексы белков с липидами, так называемые липопротеиды низкой плотности. Методами флуоресцентной микроскопии было показано, что сенсибилизаторы первоначально адсорбируются на внешней мембране клетки, в течение нескольких часов проходят через мембрану внутрь клетки и затем адсорбируются на внутренних мембранах органелл, таких, например, как митохондрии.
В результате освещения в клетке начинаются фотохимические процессы, в основе которых лежат два механизма. Реакции первого типа включают процессы, в которых образующаяся активная форма сенсибилизатора непосредственно взаимодействует с молекулой субстрата. Общий механизм по типу I:
- С + hν = Cвозб.
- C возб. + RH = *CH + *R
- *CH + О2 = С +НО2
- *R + О2 = *RО2
При втором механизме (тип II) возбужденная молекула сенсибилизатора взаимодействует с кислородом, давая активную синглетную форму кислорода 1O2 . Последняя обладает значительно большей подвижностью по сравнению с формой Cвозб. (тип I) и более активно окисляет внутренние элементы клетки. Механизм по типу II обычно преобладает при ФДТ.
Молекула сенсибилизатора С (рис.) при облучении переходит из основного состояния S0 в синглетное состояние S1 и затем в результате потери части энергии - в долгоживущее триплетное состояние Т1 . На стадиях синглетного и частично триплетного состояний сенсибилизатор может участвовать в фотохимических реакциях типа I. При достаточном времени жизни триплетного состояния и энергии, превышающей 94 кДж, возможно образование синглетного кислорода 1О2, согласно переходу 5. В этом случае некроз клетки протекает, в основном, по типу II.
В настоящее время в мировой клинической практике применяются производные гематопорфирина, высокая эффективность ФДТ с их использованием возможна при лечении образований размером до 5 мм. Среди современных фотосенсибилизирующих препаратов, относящихся к группе гематопорфиринов, следует назвать такие препараты, как "Фотофрин 2" (США-Канада), "Фотосан" (Германия). К отечественным препаратам этой группы относится препарат "Фотогем", разработанный в МАТХТ им. М.В. Ломоносова группой российских исследователей.
В качестве фотосенсибилизаторов также используются производные фталоцианинов. По сравнению с предыдущей группой фотосенсибилизатораов они обладают высокой селективностью и сильно поглощают в красной части спектра - 650 нм. Одним из представителей этой группы является препарат "Фотосенс".
Использование в качестве фотосенсибилизаторов водорастворимых производных хлоринового ряда в настоящее время является весьма перспективным направлением. К этой группе препаратов можно отнести фотосенсибилизатор "Радахлорин", разработанный российскими учеными.
Достичь большей спектральной яркости излучения в нужном диапазоне и повысить эффективность его доставки к облучаемым тканям позволяет применение лазерных источников для ФДТ. В качестве источников света используются различные типы лазеров. Как правило, это лазерные установки, генерирующие излучение в длинноволновом диапазоне. Таким требованиям отвечают, например, лазер на красителях (630 нм), лазер на ионах криптона (676 нм), лазер на парах металлов, а именно лазеры на парах меди (511 и 578 нм) и на парах золота (628 нм).
В онкологии ФДТ с успехом применяется для лечения раковых опухолей различной локализации: рак пищевода, опухоли кишечника, опухоли мочевого пузыря, рак кожи, рак молочной железы, опухоли орофарингеальной области. Имеются сообщения об успешном применении ФДТ и в офтальмоонкологии для лечения увеальных меланом.
