Článek
Fotodynamická terapie methylenovou modří: jak se léčba zkoumá
Fotodynamická terapie methylenovou modří zdánlivě sestává ze dvou kroků. Nanést modré barvivo a posvítit červeným světlem. Tato představa je chybná a stojí za většinou nejasností kolem této léčby. Zkoumaný postup má tři složky, které se musí setkat na stejném místě ve stejnou dobu: fotosenzibilizátor ve formě absorbující světlo, fotony vhodné vlnové délky v odměřené dávce a molekulární kyslík, který přijme přenesenou energii. Odstraňte kteroukoli složku a deklarovaný účinek nemá mechanismus, kterým by mohl vzniknout.
Tento článek vysvětluje, jak výzkumníci tento třísložkový systém popisují, které parametry kontrolují a proč publikovanou vlnovou délku a hodnotu energie nelze převést na domácí postup. Výsledky týkající se nádorových onemocnění patří do samostatného přehledu výzkumu methylenové modři a nádorových onemocnění a stomatologické aplikace jsou shrnuty ve výzkumu fotodynamických postupů v ústní dutině a stomatologii. Ani jedno z těchto témat zde znovu nerozebíráme.
Barvivo je fotosenzibilizátor, nikoli pouhé obarvovací činidlo
Methylenová modř silně absorbuje červené světlo, přičemž absorpční maximum monomeru leží přibližně mezi 664 a 666 nm a molární absorpční koeficient je velmi vysoký. Právě kvůli tomuto absorpčnímu pásmu používají studie fotodynamické terapie methylenovou modří zdroje červeného světla, obvykle v rozmezí přibližně 630 až 680 nm. Lampa mimo toto pásmo může působit jasně, ale přitom poskytovat téměř nulovou využitelnou excitaci. Zákonitosti související s vlnovou délkou, které tuto volbu vysvětlují, popisuje článek jak methylenová modř absorbuje červené světlo.
Absorpce je jen prvním krokem. Excitované barvivo přechází do tripletového stavu s delší dobou života, ze kterého jsou možné dvě fotochemické cesty. Při reakcích typu I si excitované barvivo vyměňuje elektrony nebo atomy vodíku s okolními substráty a vytváří radikály, přičemž v navazujících reakcích vzniká také superoxid. Při reakcích typu II předává barvivo v tripletovém stavu energii přímo kyslíku v základním stavu a vytváří singletový kyslík. V prostředí s dostatkem kyslíku působí methylenová modř převážně jako senzibilizátor tvorby singletového kyslíku, s uváděným kvantovým výtěžkem ve vodě kolem 0.5, zatímco příspěvek reakcí typu I stoupá nebo klesá podle místního prostředí. Přehled fotochemie methylenové modři s biologickými substráty z roku 1993 mapuje obě cesty a ukazuje, proč jejich poměr nelze vyčíst z označení barviva.
Tentýž přehled uvádí hlavní cíl mezi složkami nukleových kyselin. Guanin má z bází DNA nejnižší oxidační potenciál, takže jej singletový kyslík přednostně oxiduje za vzniku produktů, jako je 8-oxo-deoxyguanosin. K tomuto poškození není nutná interkalace do DNA. Přehled však také varuje před tím, aby se celý mechanismus omezoval jen na DNA. Methylenová modř oxiduje proteiny, lipidy a membrány a cíl, jehož poškození vede k usmrcení, závisí v konkrétním experimentu na tom, kde se barvivo lokalizuje. Koncentrace v okolním roztoku je proto slabým zástupným ukazatelem dávky v cílovém místě. Čtenáři, kteří tuto světlem řízenou chemii porovnávají s redoxními rolemi barviva bez osvitu, by měli obě oblasti oddělovat, jak vysvětluje článek o tom, jak methylenová modř funguje v buňkách.
Výchozí sloučenina, nikoli optimalizované léčivo
Druhým hlavním zdrojem je přehled vývoje fenothiaziniových fotosenzibilizátorů z roku 2005, který methylenovou modř chápe jako výchozí strukturu se známými slabinami, nikoli jako hotový fotosenzibilizátor. Drobné změny struktury mění lipofilitu, příjem buňkami, nitrobuněčnou lokalizaci, tvorbu singletového kyslíku, toxicitu bez osvitu a odolnost vůči redukci. Methylace chromoforu například zvyšuje lipofilitu a tvorbu singletového kyslíku a zpomaluje redukci na neaktivní leukoformu; methylované analogy v podkladové práci vykazovaly vyšší fototoxicitu při přibližně 7.2 J na čtvereční cm. Vyšší lipofilita přesto není automaticky lepší, protože nadměrná hydrofobicita zhoršuje rozpustnost, podporuje agregaci a může narušit geometrii potřebnou pro fotochemické reakce.
Leukoforma si zaslouží zvláštní pozornost, protože je neviditelná. Oxidovaná methylenová modř je modrá a absorbuje červené světlo. Redukovaná leukomethylenová modř je téměř bezbarvá a ve stejném pásmu absorbuje slabě, takže barvivo redukované uvnitř buněk nebo ve špatně okysličené tkáni dočasně přestává být součástí fotoaktivní frakce, dokud se znovu neoxiduje. Redoxní stav tkáně tedy mění účinnou koncentraci fotosenzibilizátoru, i když aplikovaná koncentrace zůstává stejná. Historii formulací, včetně raných klinických a laboratorních použití této skupiny barviv, shrnuje historie methylenové modři v medicíně.
Přehledová tabulka studií: co se mění a co to znamená
Níže uvedená tabulka je původním srovnávacím přehledem vytvořeným pro tento článek. Každý řádek představuje jednu proměnnou léčebného postupu, kterou musí studie uvádět. Při čtení jednotlivých řádků uvidíte, proč změna jednoho nastavení mění význam všech ostatních.
| Proměnná | Co studie uvádějí | Proč mění výsledek |
|---|---|---|
| Formulace fotosenzibilizátoru | Volné barvivo ve vodě, fyziologickém roztoku nebo pufru; vehikula s ethanolem a Cremophorem ve studiích na zvířatech; liposomy, polymerní částice nebo cyklodextrinové nosiče v experimentálních studiích | Vehikulum a nosič mění příjem, lokalizaci a průnik přes bariéry, jako je matrice biofilmu nebo nádorová tkáň |
| Aplikovaná koncentrace | Antimikrobiální studie u lidí uvádějí přibližně 0.0003 až 0.06 M s intervaly mezi podáním látky a osvitem 1 až 5 minut; studie nádorů u zvířat zahrnují příklady kolem 500 mikrogramů na mL při intratumorálním podání | Vyšší celková koncentrace může zvýšit dimerizaci s absorpcí kolem 590 nm a omezit účinné fotochemické reakce monomeru, takže zdvojnásobení koncentrace nemusí zdvojnásobit účinek |
| Interval mezi podáním látky a osvitem | Minuty u lokálních antimikrobiálních postupů; u nádorových modelů delší a závislý na vehikulu | Interval určuje, kde se barvivo nachází při příchodu světla, a tím i hlavní biologický cíl |
| Vlnová délka | Obvykle přibližně 630 až 680 nm | Musí se překrývat s absorpčním pásmem monomeru; roztoky s vysokým podílem dimerů posouvají účinnou absorpci |
| Ozářenost | Antimikrobiální studie u lidí uvádějí přibližně 50 až 750 mW na čtvereční cm; studie ran u zvířat běžně 100 mW na čtvereční cm nebo méně | Vysoká ozářenost může vyčerpat místní kyslík rychleji, než jej perfuze doplňuje, což při stejné nominální fluenci snižuje účinnost |
| Fluence | Antimikrobiální studie u lidí uvádějí přibližně 6 až 18 J na čtvereční cm během 8 sekund až 10 minut; studie ran u zvířat uvádějí přibližně 12 až 360 J na čtvereční cm | Celková energie bez ozářenosti, času a geometrie představuje neúplný popis dávky |
| Okysličení | Zřídka přímo kontrolované; odvozuje se z typu tkáně, rychlosti dodávání fluence a frakcionace | Reakce typu II spotřebovávají kyslík, takže stejné nastavení světla může mít odlišné účinky v dobře prokrvených a hypoxických cílových tkáních |
| Cíl a podmínky | Modely infekcí kůže a ran, modely ústních biofilmů, kultivační systémy karcinomu a melanomu, nádory u myší, historické zprávy o kožních nádorech | Geometrie, hloubka, optické vlastnosti a tolerované poškození hostitelských tkání se liší natolik, že číselné hodnoty z antimikrobiálních studií nelze nikdy kvantitativně přenášet do výzkumu nádorů |
Výše uvedená rozmezí jsou hodnoty pozorované ve studiích, nikoli doporučený protokol. Právě na tento rozdíl tabulka upozorňuje. Samotná šíře uváděných dávek světla dokládá, že neexistuje přenositelná světelná dávka pro methylenovou modř. Související laboratorní kontext výzkumu světlem aktivovaného působení na biofilmy uvádí článek methylenová modř proti biofilmům a širší souvislosti týkající se kůže a světelné terapie najdete v základech fotosenzitivity kůže a dávkování světla.
Proč mohou stejné hodnoty energie vést k odlišným biologickým výsledkům
Kdykoli se publikované parametry citují bez kontextu, opakují se čtyři nedorozumění.
Za prvé, fluence není dávka. Dvě expozice při stejné vlnové délce a stejném počtu J na čtvereční cm se liší, pokud jedna proběhne rychle a druhá pomalu, protože vyčerpání kyslíku, opravy poškození během expozice a fotobělení barviva závisí na rychlosti a čase. Uvedení energie bez ozářenosti a doby expozice ponechává popis experimentu neúplný.
Za druhé, optické vlastnosti tkáně mění význam nastavení lampy. Absorpce, rozptyl, geometrie povrchu a zpětný rozptyl znamenají, že se fluence uvnitř tkáně může podstatně lišit od hodnoty naměřené na výstupním otvoru lampy; podle literatury o klinické dozimetrii může být za určitých okolností rozdíl téměř dvojnásobný. Číslo převzaté ze studie popisuje geometrii dané studie, nikoli jakoukoli geometrii.
Za třetí, lokalizace určuje cíl. Kationtové barvivo se rozděluje do membrán, mitochondrií, lysozomů, bakteriálních obalů nebo extracelulární matrice podle formulace, náboje, lipofility, intervalu a tkáně. Přehled fotochemie z roku 1993 dokumentuje poškození nukleových kyselin, proteinů, lipidů, membrán, organel, virů, bakterií, savčích buněk a nádorových systémů. Právě proto může stejná kombinace barviva a světla v různých experimentálních podmínkách usmrcovat různými mechanismy.
Za čtvrté, kyslík se spotřebovává. Vysoká rychlost dodávání fluence může předstihnout doplňování kyslíku difuzí a perfuzí a uprostřed expozice vytvořit přechodnou hypoxii. Když k tomu dojde, přidání dalšího světla přinese jen malý nebo žádný další účinek reakcí typu II. Frakcionace a nižší ozářenost se zkoumají mimo jiné jako řešení tohoto omezení. I proto patří bezpečnostní meze a okysličení tkáně do standardů klinické bezpečnosti a dohledu, nikoli do návodu k lampě.
Postup vedený lékařem, nikoli domácí návod
Zkoumaná léčba se provádí tam, kde jsou současně zajištěny diagnostika, dozimetrie a dohled. Je nutné ověřit, o jakou lézi jde a do jaké hloubky zasahuje, zvolit formulaci a interval mezi podáním látky a osvitem odpovídající danému cíli, kalibrovat zdroj pro vymezenou plochu s určenou geometrií a sledovat kůži, oči, bolest i místní reakci tkáně. Podkladový přehled vývoje fenothiaziniových fotosenzibilizátorů představuje celý obor jako optimalizaci vztahu mezi strukturou a aktivitou v kontrolovaných podmínkách, nikoli jako kombinaci barviva a libovolného červeného světla.
Domácí napodobení selhává současně u všech kontrolovaných proměnných. Spotřebitelské lampy málokdy uvádějí kalibrovanou spektrální ozářenost v léčebné vzdálenosti. Koncentrace aplikovaného barviva nic nevypovídá o podílu monomeru ani o nitrobuněčné lokalizaci. Okysličení tkáně není známé a během expozice se mění. Žádné z citovaných rozmezí neopravňuje k vytvoření domácího protokolu a tento článek záměrně neuvádí použitelný návod. Čtenáři, kteří posuzují obecnou kvalitu důkazů, by si před vyvozováním závěrů z jediné práce měli přečíst jak číst studii o methylenové modři. Čtenáři se zájmem o postupy využívající pouze světlo bez fotosenzibilizátoru by měli začít článkem terapie červeným světlem bez fotosenzibilizátoru.
Co tento článek neprokazuje
Neprokazuje, že fotodynamická terapie methylenovou modří vyléčí jakékoli kožní onemocnění, odstraní jakoukoli infekci nebo léčí jakýkoli nádor. Zde citované přehledy mechanismů se zabývaly měřením fotochemických procesů a porovnáváním struktur barviv; nestanovily žádnou klinickou koncentraci ani fluenci. Výše citovaná rozmezí parametrů pocházejí z různorodých zpráv o použití u lidí a ze zvířecích modelů s odlišnými cíli, hloubkami, formulacemi a sledovanými ukazateli a nelze je zprůměrovat do doporučení. Důkazy specifické pro nádory, včetně omezení raných klinických zpráv o bazocelulárním karcinomu, Kaposiho sarkomu a melanomu, se hodnotí samostatně v souboru článků o výzkumu nádorových onemocnění. Otázky čistoty a původu materiálu laboratorní kvality jsou na léčbě nezávislé a rozebírá je článek jak vybrat produkt s methylenovou modří.