Fotodinamička terapija metilenskim plavilom: kako se liječenje istražuje

Fotodinamička terapija metilenskim plavilom zvuči kao postupak u dva koraka. Nanijeti plavu boju, osvijetliti crvenom svjetlošću. Takva predodžba je pogrešna i izvor je većine nedoumica o ovom liječenju. Istraživani postupak ima tri komponente koje moraju biti prisutne na istom mjestu u isto vrijeme: fotosenzibilizator u obliku koji apsorbira svjetlost, fotoni odgovarajuće valne dužine u izmjerenoj dozi i molekularni kisik koji prima prenesenu energiju. Ako se ukloni bilo koja komponenta, nema mehanizma koji bi omogućio navedeni učinak.

Ovaj članak objašnjava kako istraživači opisuju taj trokomponentni sistem, koje parametre kontroliraju i zašto se objavljena valna dužina i vrijednost energije ne mogu pretvoriti u kućni postupak. Ishodi povezani s rakom obrađeni su u zasebnom pregledu istraživanja metilenskog plavila i raka, a stomatološke primjene objedinjene su u istraživanjima fotodinamičke terapije u usnoj šupljini i stomatologiji. Nijedna od tih tema ovdje se ne obrađuje ponovo.

Boja je fotosenzibilizator, a ne sredstvo za bojenje

Metilensko plavilo snažno apsorbira crvenu svjetlost, s apsorpcijskim maksimumom monomera blizu 664 do 666 nm i vrlo visokom molarnom apsorptivnošću. Zbog tog apsorpcijskog pojasa istraživanja fotodinamičke terapije metilenskim plavilom koriste izvore crvene svjetlosti, obično u rasponu od približno 630 do 680 nm. Lampa izvan tog pojasa može izgledati sjajno, a pritom gotovo uopće ne pružati iskoristivu pobudu. Pravila o valnim dužinama koja stoje iza tog izbora objašnjena su u članku kako metilensko plavilo apsorbira crvenu svjetlost.

Apsorpcija je samo prvi korak. Pobuđena boja prelazi u dugotrajnije tripletno stanje, iz kojeg su dostupna dva fotohemijska puta. U hemiji tipa I pobuđena boja razmjenjuje elektrone ili atome vodika s obližnjim supstratima i stvara radikale, uključujući naknadne reakcije superoksida. U hemiji tipa II boja u tripletnom stanju prenosi energiju direktno na kisik u osnovnom stanju i stvara singletni kisik. U uslovima s prisutnim kisikom metilensko plavilo pretežno djeluje kao senzibilizator za stvaranje singletnog kisika, s prijavljenim kvantnim prinosom blizu 0.5 u vodi, dok doprinos reakcija tipa I raste ili opada ovisno o lokalnom okruženju. Pregled fotohemije metilenskog plavila s biološkim supstratima iz 1993. godine opisuje oba puta i pokazuje zašto se njihov odnos ne može utvrditi iz oznake na boji.

Isti pregled navodi glavnu metu među sastavnicama nukleinskih kiselina. Guanin ima najniži oksidacijski potencijal među bazama DNK, pa ga singletni kisik prvenstveno oksidira, stvarajući proizvode poput 8-okso-deoksigvanozina. Za takvo oštećenje nije potrebna interkalacija u DNK. Međutim, pregled također upozorava da se DNK ne smije smatrati jedinim relevantnim faktorom. Metilensko plavilo oksidira proteine, lipide i membrane, a meta čije oštećenje dovodi do smrti u određenom eksperimentu ovisi o tome gdje se boja lokalizira. Koncentracija u otopini koja okružuje uzorak stoga je slab posredni pokazatelj doze na ciljnom mjestu. Čitaoci koji porede ovu hemiju pokrenutu svjetlošću s redoks ulogama boje u odsustvu svjetlosti trebaju ih razmatrati odvojeno, kako je objašnjeno u tekstu o tome kako metilensko plavilo djeluje u ćelijama.

Polazni spoj, a ne optimizirani lijek

Drugi ključni izvor je pregled razvoja fenotiazinijevih fotosenzibilizatora iz 2005. godine, koji metilensko plavilo razmatra kao polaznu strukturu s poznatim slabostima, a ne kao dovršen fotosenzibilizator. Male strukturne promjene mijenjaju lipofilnost, ćelijski unos, unutarćelijsku lokalizaciju, proizvodnju singletnog kisika, toksičnost u odsustvu svjetlosti i otpornost na redukciju. Metilacija hromofora, naprimjer, povećava lipofilnost i stvaranje singletnog kisika te usporava redukciju u neaktivni leuko-oblik, a metilirani analozi pokazali su veću fototoksičnost pri približno 7.2 J po kvadratnom cm u istraživanju na kojem se pregled zasniva. Veća lipofilnost ipak nije automatski bolja, jer pretjerana hidrofobnost smanjuje rastvorljivost, potiče agregaciju i može narušiti geometriju potrebnu za fotohemijske reakcije.

Leuko-oblik zaslužuje poseban naglasak jer je nevidljiv. Oksidirano metilensko plavilo je plavo i apsorbira crvenu svjetlost. Reducirano leuko-metilensko plavilo gotovo je bezbojno i slabo apsorbira u istom pojasu, pa boja koja je reducirana unutar ćelija ili u slabo oksigeniranom tkivu privremeno prestaje biti dio fotoaktivne frakcije sve do ponovne oksidacije. Redoks stanje tkiva stoga mijenja efektivnu koncentraciju fotosenzibilizatora čak i kada je primijenjena koncentracija stalna. Historija formulacija, uključujući rane kliničke i laboratorijske primjene ove grupe boja, obrađena je u članku historija metilenskog plavila u medicini.

Tabela istraživanja: šta varira i šta to znači

Tabela u nastavku izvorni je prikaz poređenja pripremljen za ovaj članak. Svaki red predstavlja jednu varijablu liječenja koju istraživanja moraju navesti. Čitajte redove slijeva nadesno da biste vidjeli zašto promjena jedne postavke mijenja značenje svih ostalih.

Navedeni rasponi su rasponi zabilježeni u istraživanjima, a ne preporučeni protokol. Upravo je ta razlika svrha tabele. Sama širina prijavljenih doza svjetlosti dokaz je da ne postoji univerzalno primjenjiva doza svjetlosti za metilensko plavilo. Povezani laboratorijski kontekst istraživanja biofilmova uz aktivaciju svjetlošću nalazi se u članku metilensko plavilo protiv biofilmova, a širi kontekst terapije kože i svjetlošću obrađen je u osnovama fotosenzitivnosti kože i doze svjetlosti.

Zašto identične vrijednosti energije mogu dati različite biološke učinke

Četiri nedoumice ponavljaju se svaki put kada se objavljeni parametri navode bez konteksta.

Prvo, fluenca nije doza. Dva izlaganja pri istoj valnoj dužini i istoj vrijednosti J po kvadratnom cm razlikuju se ako se jedno odvija brzo, a drugo sporo, jer iscrpljivanje kisika, popravak oštećenja tokom izlaganja i fotoizbjeljivanje boje ovise o brzini i vremenu. Navođenje energije bez iradijanse i vremena izlaganja ostavlja eksperiment nedovoljno opisanim.

Drugo, optička svojstva tkiva mijenjaju učinak postavke lampe. Apsorpcija, raspršenje, geometrija površine i povratno raspršenje znače da se fluenca unutar tkiva može znatno razlikovati od vrijednosti izmjerene na otvoru lampe, u nekim okolnostima za faktor koji se približava vrijednosti dva, prema literaturi o kliničkoj dozimetriji. Vrijednost preuzeta iz rada opisuje geometriju tog rada, a ne svaku geometriju.

Treće, lokalizacija određuje metu. Kationska boja raspoređuje se u membrane, mitohondrije, lizosome, bakterijske omotače ili izvanćelijski matriks, ovisno o formulaciji, naboju, lipofilnosti, intervalu i tkivu. Pregled fotohemije iz 1993. godine dokumentira oštećenja nukleinskih kiselina, proteina, lipida, membrana, organela, virusa, bakterija, ćelija sisara i tumorskih sistema, što upravo objašnjava zašto ista kombinacija boje i svjetlosti može dovesti do smrti različitim putevima u različitim eksperimentalnim uslovima.

Četvrto, kisik se troši. Visoke brzine isporuke fluence mogu premašiti nadoknadu kisika difuzijom i perfuzijom te stvoriti prolaznu hipoksiju tokom izlaganja. Kada se to dogodi, dodatna svjetlost daje mali ili nikakav dodatni učinak tipa II. Frakcioniranje i niža iradijansa istražuju se dijelom kao odgovori na to ograničenje, što je također razlog zašto sigurnosne margine i oksigenacija tkiva pripadaju standardima kliničke sigurnosti i nadzora, a ne priručniku za lampu.

Postupak koji vodi kliničar, a ne kućni recept

Istraživano liječenje provodi se tamo gdje su istovremeno dostupni dijagnostika, dozimetrija i nadzor. Neko mora potvrditi o kakvoj je leziji riječ i koliko duboko se proteže, odabrati formulaciju i interval između primjene sredstva i osvjetljavanja koji odgovaraju toj meti, kalibrirati izvor na definiranom polju s definiranom geometrijom te pratiti kožu, oči, bol i lokalni odgovor tkiva. Pregled razvoja fenotiazinijevih fotosenzibilizatora, na kojem se ovaj tekst zasniva, cijelu oblast prikazuje kao optimizaciju odnosa strukture i aktivnosti u kontroliranim uslovima, a ne kao kombinaciju boje i bilo kakve crvene svjetlosti.

Kućno oponašanje postupka ne uspijeva istovremeno zadovoljiti zahtjeve za svaku kontroliranu varijablu. Lampe za potrošače rijetko navode kalibriranu spektralnu iradijansu na udaljenosti na kojoj se provodi tretman. Koncentracija nanesene boje ne govori ništa o udjelu monomera ili unutarćelijskoj lokalizaciji. Oksigenacija tkiva je nepoznata i mijenja se tokom izlaganja. Nijedan od navedenih raspona ne opravdava kućni protokol, a ovaj članak namjerno ne daje primjenjiv recept. Čitaoci koji procjenjuju opću kvalitetu dokaza trebaju koristiti članak kako čitati istraživanje metilenskog plavila prije nego što izvuku zaključke iz bilo kojeg pojedinačnog rada, a čitaoci koje zanimaju pristupi zasnovani samo na svjetlosti, bez fotosenzibilizatora, trebaju početi od članka terapija crvenom svjetlošću bez fotosenzibilizatora.

Šta ovaj članak ne utvrđuje

Ovaj članak ne utvrđuje da fotodinamička terapija metilenskim plavilom liječi bilo koje kožno oboljenje, uklanja bilo koju infekciju ili liječi bilo koji tumor. Ovdje citirani mehanistički pregledi mjerili su fotohemijske procese i poredili strukture boja; nisu propisali nikakvu kliničku koncentraciju ili fluencu. Gore navedeni rasponi parametara potječu iz heterogenih izvještaja o istraživanjima na ljudima i životinjskih modela s različitim metama, dubinama, formulacijama i krajnjim ishodima, pa se njihovim usrednjavanjem ne mogu dobiti smjernice. Dokazi specifični za tumore, uključujući ograničenja ranih kliničkih izvještaja o bazocelularnom karcinomu, Kaposijevom sarkomu i melanomu, zasebno se procjenjuju u zbirci istraživanja raka. Pitanja čistoće i nabavke materijala laboratorijske kvalitete odvojena su od liječenja i obrađena su u članku kako odabrati proizvod s metilenskim plavilom.