Article
Teràpia fotodinàmica amb blau de metilè: com s'estudia el tractament
La teràpia fotodinàmica amb blau de metilè sembla que consti de dos passos. Aplicar un colorant blau i il·luminar-lo amb llum vermella. Aquest model mental és erroni i és l'origen de la major part de la confusió sobre aquest tractament. El procediment estudiat té tres components que han de coincidir al mateix lloc i al mateix moment: un fotosensibilitzador en la seva forma absorbent de llum, fotons d'una longitud d'ona adequada a una dosi mesurada i oxigen molecular per rebre l'energia transferida. Si se n'elimina qualsevol component, l'efecte que s'afirma obtenir no té cap mecanisme que el sustenti.
Aquest article explica com els investigadors descriuen aquest sistema de tres components, quins paràmetres controlen i per què una longitud d'ona i un valor d'energia publicats no es poden convertir en un procediment domèstic. Els resultats oncològics corresponen a una revisió de la recerca sobre el blau de metilè i el càncer independent, i les aplicacions dentals es recullen en la recerca fotodinàmica oral i dental. Aquí no es repeteix cap d'aquests continguts.
El colorant és un fotosensibilitzador, no una tinció
El blau de metilè absorbeix intensament la llum vermella, amb el pic del monòmer prop dels 664 a 666 nm i una absortivitat molar molt elevada. Aquesta banda d'absorció explica per què els estudis de teràpia fotodinàmica amb blau de metilè fan servir fonts vermelles, habitualment dins d'un interval d'aproximadament 630 a 680 nm. Una làmpada fora d'aquesta banda pot semblar brillant i, tanmateix, proporcionar una excitació aprofitable gairebé nul·la. Les regles relatives a la longitud d'ona que justifiquen aquesta elecció s'expliquen a com el blau de metilè absorbeix la llum vermella.
L'absorció és només el primer pas. El colorant excitat passa a un estat triplet de vida més llarga, des del qual hi ha dues vies fotoquímiques possibles. En la química de tipus I, el colorant excitat intercanvia electrons o àtoms d'hidrogen amb substrats propers i produeix radicals, amb reaccions posteriors que impliquen superòxid. En la química de tipus II, el colorant en estat triplet transfereix energia directament a l'oxigen en estat fonamental i produeix oxigen singlet. En condicions oxigenades, el blau de metilè actua predominantment com a sensibilitzador d'oxigen singlet, amb un rendiment quàntic publicat proper a 0.5 en aigua, mentre que les contribucions de tipus I augmenten o disminueixen segons l'entorn local. La revisió de 1993 sobre la fotoquímica del blau de metilè amb substrats biològics descriu totes dues vies i mostra per què aquest equilibri no es pot deduir de l'etiqueta del colorant.
La mateixa revisió identifica la principal diana entre els àcids nucleics. La guanina té el potencial d'oxidació més baix de les bases de l'ADN, de manera que l'oxigen singlet l'oxida preferentment i forma productes com ara la 8-oxo-desoxiguanosina. La intercalació en l'ADN no és necessària perquè es produeixi aquest dany. Però la revisió també adverteix que l'ADN no ho explica tot. El blau de metilè oxida proteïnes, lípids i membranes, i la diana letal en cada experiment depèn d'on es localitza el colorant. Per tant, la concentració en la solució que banya la mostra és un indicador indirecte poc fiable de la dosi a la diana. Els lectors que comparin aquesta química impulsada per la llum amb les funcions redox del colorant en absència de llum han de mantenir-les separades, tal com s'exposa a com actua el blau de metilè a les cèl·lules.
Un compost cap de sèrie, no un fàrmac optimitzat
La segona font de referència és la revisió de 2005 sobre el desenvolupament de fotosensibilitzadors de fenotiazini, que tracta el blau de metilè com una estructura de partida amb limitacions conegudes, més que no pas com un fotosensibilitzador acabat. Petits canvis estructurals alteren la lipofília, la captació cel·lular, la localització intracel·lular, la producció d'oxigen singlet, la toxicitat en absència de llum i la resistència a la reducció. La metilació del cromòfor, per exemple, augmenta la lipofília i la generació d'oxigen singlet i alenteix la reducció a la forma leuco inactiva; en els treballs en què es basa la revisió, els anàlegs metilats van mostrar una fototoxicitat més elevada a aproximadament 7.2 J per cm quadrat. Una lipofília més elevada, però, no és automàticament millor, perquè una hidrofobicitat excessiva perjudica la solubilitat, afavoreix l'agregació i pot distorsionar la geometria que necessita la fotoquímica.
El paper de la forma leuco mereix èmfasi perquè és invisible. El blau de metilè oxidat és blau i absorbeix llum vermella. El leuco-blau de metilè reduït és gairebé incolor i absorbeix poc en la mateixa banda, de manera que el colorant que s'ha reduït dins de les cèl·lules o en teixits poc oxigenats queda temporalment exclòs de la fracció fotoactiva fins que es reoxida. Per tant, l'estat redox del teixit modifica la concentració efectiva de fotosensibilitzador encara que la concentració aplicada sigui fixa. La història de les formulacions, inclosos els primers usos clínics i de laboratori d'aquesta família de colorants, es tracta a la història del blau de metilè en medicina.
La taula dels estudis: què varia i què significa
La taula següent és el recurs comparatiu original d'aquest article. Cada fila correspon a una variable del tractament que els estudis han de comunicar. Llegiu cada fila per veure per què canviar un paràmetre modifica el significat de tots els altres.
| Variable | Què comuniquen els estudis | Per què modifica el resultat |
|---|---|---|
| Formulació del fotosensibilitzador | Colorant lliure en aigua, solució salina o tampó; vehicles d'etanol i Cremophor en treballs amb animals; liposomes, partícules polimèriques o transportadors de ciclodextrina en treballs experimentals | El vehicle i el transportador modifiquen la captació, la localització i la penetració a través de barreres com la matriu del biofilm o el teixit tumoral |
| Concentració aplicada | Els estudis antimicrobians en humans comuniquen aproximadament de 0.0003 a 0.06 M amb intervals d'1 a 5 minuts entre el fàrmac i la llum; els treballs amb tumors en animals inclouen exemples propers als 500 micrograms per mL per via intratumoral | Una concentració global més elevada pot augmentar la dimerització prop dels 590 nm i reduir la fotoquímica productiva del monòmer, de manera que duplicar la concentració no necessàriament duplica l'efecte |
| Interval entre el fàrmac i la llum | Minuts en procediments antimicrobians tòpics; més llarg i dependent del vehicle en models tumorals | L'interval determina on es troba el colorant quan arriba la llum, cosa que determina la diana biològica dominant |
| Longitud d'ona | Habitualment d'aproximadament 630 a 680 nm | Ha de coincidir amb la banda d'absorció del monòmer; les solucions riques en dímers desplacen l'absorció efectiva |
| Irradiància | Els informes antimicrobians en humans abasten aproximadament de 50 a 750 mW per cm quadrat; els estudis de ferides en animals se situen habitualment en 100 mW per cm quadrat o menys | Una irradiància elevada pot esgotar l'oxigen local més ràpidament del que la perfusió el reposa, cosa que redueix l'eficiència amb la mateixa fluència nominal |
| Fluència | Els informes antimicrobians en humans abasten aproximadament de 6 a 18 J per cm quadrat durant períodes de 8 segons a 10 minuts; els estudis de ferides en animals abasten aproximadament de 12 a 360 J per cm quadrat | L'energia total sense la irradiància, el temps i la geometria és una dosi incompleta |
| Oxigenació | Poques vegades es controla directament; s'infereix a partir del tipus de teixit, la taxa de fluència i el fraccionament | La química de tipus II consumeix oxigen, de manera que uns paràmetres lumínics idèntics poden produir efectes diferents en dianes ben perfoses o hipòxiques |
| Diana i context | Models d'infecció cutània i de ferides, models de biofilm oral, sistemes de carcinoma i melanoma en cultiu, tumors murins, informes històrics de tumors cutanis | La geometria, la profunditat, l'òptica i el dany tolerat per l'hoste difereixen tant que els valors antimicrobians no es poden traslladar quantitativament als treballs amb tumors |
Els intervals anteriors són intervals observats en estudis, no un protocol recomanat. Aquesta distinció és l'objectiu de la taula. L'amplitud de les dosis de llum publicades és, per si mateixa, una prova que no existeix una dosi lumínica transferible per al blau de metilè. El context de laboratori relacionat amb els treballs sobre biofilms activats per la llum es presenta a el blau de metilè contra els biofilms, i els antecedents més generals sobre pell i teràpia lumínica es troben a fotosensibilitat cutània i fonaments de la dosi de llum.
Per què valors d'energia idèntics poden donar respostes biològiques diferents
Hi ha quatre confusions recurrents quan se citen paràmetres publicats sense el seu context.
En primer lloc, la fluència no és la dosi. Dues exposicions amb la mateixa longitud d'ona i els mateixos J per cm quadrat difereixen si una s'administra ràpidament i l'altra lentament, perquè l'esgotament de l'oxigen, la reparació durant l'exposició i el fotoblanqueig del colorant depenen de la taxa i del temps. Comunicar l'energia sense la irradiància i el temps d'exposició deixa l'experiment insuficientment descrit.
En segon lloc, l'òptica del teixit modifica els paràmetres de la làmpada. L'absorció, la dispersió, la geometria de la superfície i la retrodispersió fan que la fluència dins del teixit pugui diferir substancialment del valor mesurat a l'obertura de la làmpada; en algunes circumstàncies, per factors propers a dos, segons la literatura de dosimetria clínica. Un valor copiat d'un article descriu la geometria d'aquell article, no qualsevol geometria.
En tercer lloc, la localització determina la diana. Un colorant catiònic es distribueix entre membranes, mitocondris, lisosomes, embolcalls bacterians o matriu extracel·lular segons la formulació, la càrrega, la lipofília, l'interval i el teixit. La revisió de fotoquímica de 1993 documenta danys en àcids nucleics, proteïnes, lípids, membranes, orgànuls, virus, bacteris, cèl·lules de mamífers i sistemes tumorals, fet que explica precisament per què la mateixa combinació de colorant i llum pot provocar la mort per vies diferents en procediments diferents.
En quart lloc, l'oxigen és un recurs consumible. Les taxes de fluència elevades poden superar la reposició per difusió i perfusió i crear hipòxia transitòria durant l'exposició. Quan això passa, afegir més llum aporta poc o cap efecte addicional de tipus II. El fraccionament i una irradiància més baixa s'estudien, en part, com a respostes a aquesta limitació; per això els marges de seguretat i l'oxigenació tissular corresponen als estàndards de seguretat i supervisió clínica, no al manual d'una làmpada.
Un procediment dirigit per un professional clínic, no una recepta domèstica
El tractament estudiat s'administra en un entorn on coexisteixen el diagnòstic, la dosimetria i la supervisió. Algú ha de confirmar què és la lesió i fins a quina profunditat s'estén, triar una formulació i un interval entre el fàrmac i la llum ajustats a aquella diana, calibrar la font sobre un camp definit amb una geometria definida i controlar la pell, els ulls, el dolor i la resposta del teixit local. La revisió sobre el desenvolupament de compostos de fenotiazini en què es basa l'article emmarca tot aquest camp com una optimització de la relació entre estructura i activitat en condicions controlades, no com la simple combinació d'un colorant amb llum vermella genèrica.
La imitació domèstica falla en totes les variables controlades alhora. Les làmpades de consum poques vegades indiquen la irradiància espectral calibrada a la distància de tractament. La concentració de colorant aplicada no diu res sobre la fracció de monòmer ni sobre la localització intracel·lular. L'oxigenació tissular és desconeguda i canvia durant l'exposició. Cap dels intervals citats avala un protocol domèstic, i aquest article no ofereix cap recepta aplicable, deliberadament. Els lectors que valorin la qualitat general de les proves haurien de consultar com llegir un estudi sobre el blau de metilè abans de treure conclusions d'un sol article, i els lectors que tinguin interès en els enfocaments basats només en la llum, sense fotosensibilitzador, haurien de començar per teràpia amb llum vermella sense fotosensibilitzador.
Què no estableix aquest article
No estableix que la teràpia fotodinàmica amb blau de metilè curi cap afecció cutània, elimini cap infecció o tracti cap tumor. Les revisions mecanístiques citades aquí van mesurar la fotoquímica i van comparar estructures de colorants; no van prescriure cap concentració ni fluència clínica. Els intervals de paràmetres citats més amunt provenen d'informes heterogenis en humans i de models animals amb dianes, profunditats, formulacions i criteris d'avaluació diferents, i no se'n pot calcular una mitjana per obtenir orientacions. Les proves específiques sobre tumors, incloses les limitacions dels primers informes clínics sobre carcinoma basocel·lular, sarcoma de Kaposi i melanoma, s'avaluen per separat en el recull de recerca sobre el càncer. Les qüestions de puresa i procedència del material de grau de laboratori són independents del tractament i es tracten a com triar un producte de blau de metilè.