Fotodynamisk terapi med methylenblåt: sådan undersøges behandlingen

Fotodynamisk terapi med methylenblåt lyder som to trin. Påfør blåt farvestof, og belys med rødt lys. Den forestilling er forkert, og den er årsagen til det meste af forvirringen om denne behandling. Den undersøgte procedure har tre dele, der skal være til stede samme sted på samme tid: en fotosensibilisator i sin lysabsorberende form, fotoner med en egnet bølgelængde i en målt dosis og molekylær ilt, der kan modtage den overførte energi. Fjernes blot én del, har den påståede effekt ingen mekanisme.

Denne artikel forklarer, hvordan forskere beskriver dette tredelte system, hvilke parametre de kontrollerer, og hvorfor en offentliggjort bølgelængde og energiværdi ikke kan omsættes til en hjemmeprocedure. Resultater ved kræft hører til i en separat gennemgang af methylenblåt og kræftforskning, og anvendelser inden for tandpleje er samlet i fotodynamisk forskning i mund og tænder. Ingen af delene gentages her.

Farvestoffet er en fotosensibilisator, ikke blot et middel til indfarvning

Methylenblåt absorberer rødt lys kraftigt, med monomerens absorptionstop nær 664 til 666 nm og en meget høj molar absorptivitet. Dette absorptionsbånd er grunden til, at studier af fotodynamisk terapi med methylenblåt bruger røde lyskilder, typisk i området omkring 630 til 680 nm. En lampe uden for dette bånd kan virke kraftig, selv om den næsten ikke leverer nogen brugbar excitation. De bølgelængdeprincipper, der ligger bag dette valg, forklares i hvordan methylenblåt absorberer rødt lys.

Absorption er kun det første trin. Det exciterede farvestof overgår til en mere langlivet triplettilstand, og derfra er to fotokemiske reaktionsveje mulige. Ved Type I-kemi udveksler det exciterede farvestof elektroner eller hydrogenatomer med nærliggende substrater og danner radikaler, herunder efterfølgende reaktioner med superoxid. Ved Type II-kemi overfører farvestoffet i triplettilstanden energi direkte til ilt i grundtilstanden og danner singlet-ilt. Under iltholdige forhold virker methylenblåt overvejende som en sensibilisator for singlet-ilt, med et rapporteret kvanteudbytte nær 0.5 i vand, mens bidrag fra Type I stiger eller falder med det lokale miljø. Gennemgangen fra 1993 af methylenblåts fotokemi med biologiske substrater kortlægger begge reaktionsveje og viser, hvorfor balancen ikke kan aflæses af farvestoffets etiket.

Samme gennemgang angiver det primære mål blandt nukleinsyrerne. Guanin har det laveste oxidationspotentiale blandt DNA-baserne, så singlet-ilt oxiderer det fortrinsvis og danner produkter som 8-oxo-deoxyguanosin. Interkalation i DNA er ikke nødvendig for denne skade. Men gennemgangen advarer også mod at betragte DNA som hele forklaringen. Methylenblåt oxiderer proteiner, lipider og membraner, og det dødelige mål i et givet forsøg afhænger af, hvor farvestoffet lokaliseres. Koncentrationen i den omgivende opløsning er derfor et svagt indirekte mål for dosen ved målstedet. Læsere, der sammenligner denne lysdrevne kemi med farvestoffets redoxfunktioner i mørke, bør holde de to adskilt, som beskrevet i hvordan methylenblåt virker i celler.

En udgangsforbindelse, ikke et optimeret lægemiddel

Den anden hovedkilde er gennemgangen fra 2005 af udviklingen af phenothiazinium-fotosensibilisatorer, som behandler methylenblåt som en udgangsstruktur med kendte svagheder snarere end en færdigudviklet fotosensibilisator. Små strukturændringer ændrer lipofilicitet, cellulær optagelse, intracellulær lokalisering, dannelse af singlet-ilt, toksicitet i mørke og modstandsdygtighed over for reduktion. Methylering af kromoforen øger for eksempel lipofiliciteten og dannelsen af singlet-ilt og hæmmer reduktionen til den inaktive leukoform, og methylerede analoger viste højere fototoksicitet ved omkring 7.2 J per square cm i det underliggende arbejde. Større lipofilicitet er dog stadig ikke automatisk bedre, fordi for høj hydrofobicitet forringer opløseligheden, fremmer aggregering og kan forvrænge den geometri, som fotokemien kræver.

Forholdet omkring leukoformen fortjener særlig opmærksomhed, fordi det er usynligt. Oxideret methylenblåt er blåt og absorberer rødt lys. Reduceret leuko-methylenblåt er næsten farveløst og absorberer dårligt i samme bånd, så farvestof, der er blevet reduceret inde i celler eller i dårligt iltet væv, er midlertidigt fjernet fra den fotoaktive pulje, indtil det oxideres igen. Vævets redoxtilstand ændrer derfor den effektive koncentration af fotosensibilisatoren, selv når den påførte koncentration er fast. Formuleringernes historie, herunder tidlige kliniske anvendelser og laboratorieanvendelser af denne farvestoffamilie, behandles i methylenblåts historie i medicinen.

Studietabellen: hvad varierer, og hvad betyder det?

Tabellen nedenfor er denne artikels originale sammenligningsoversigt. Hver række angiver en behandlingsvariabel, som studier skal rapportere. Læs på tværs for at se, hvorfor en ændring af én indstilling ændrer betydningen af alle de andre.

Intervallerne ovenfor er observerede studieintervaller, ikke en anbefalet protokol. Denne sondring er tabellens pointe. Bredden i de rapporterede lysdoser er i sig selv evidens for, at der ikke findes en overførbar lysdosis for methylenblåt. Relateret laboratoriekontekst om lysaktiveret arbejde med biofilm findes i methylenblåt mod biofilm, og bredere baggrund om hud og lysterapi findes i grundlæggende viden om hudens lysfølsomhed og lysdosis.

Hvorfor identiske energiværdier kan give forskellige biologiske virkninger

Fire misforståelser går igen, når offentliggjorte parametre citeres uden deres kontekst.

For det første er fluens ikke det samme som dosis. To eksponeringer ved samme bølgelængde og samme J per square cm er forskellige, hvis den ene leveres hurtigt og den anden langsomt, fordi iltudtømning, reparation under eksponeringen og fotoblegning af farvestoffet alle afhænger af hastighed og tid. Rapportering af energi uden bestrålingsstyrke og eksponeringstid efterlader forsøget utilstrækkeligt beskrevet.

For det andet ændrer vævets optik betydningen af lampens indstilling. Absorption, spredning, overfladegeometri og tilbagespredning betyder, at fluensen inde i vævet kan afvige væsentligt fra den værdi, der måles ved lampens åbning, under visse omstændigheder med faktorer, der nærmer sig to, ifølge litteraturen om klinisk dosimetri. Et tal kopieret fra en artikel beskriver den pågældende artikels geometri, ikke enhver geometri.

For det tredje afgør lokaliseringen, hvad målet er. Et kationisk farvestof fordeler sig i membraner, mitokondrier, lysosomer, bakterielle cellehylstre eller ekstracellulær matrix afhængigt af formulering, ladning, lipofilicitet, interval og væv. Fotokemigennemgangen fra 1993 dokumenterer skader på nukleinsyrer, proteiner, lipider, membraner, organeller, vira, bakterier, pattedyrceller og tumorsystemer, hvilket netop er grunden til, at den samme kombination af farvestof og lys kan dræbe via forskellige mekanismer i forskellige forsøgsopstillinger.

For det fjerde er ilt en ressource, der forbruges. Høje fluensrater kan overstige tilførslen via diffusion og perfusion og skabe midlertidig hypoksi under eksponeringen. Når det sker, giver mere lys kun lidt eller ingen yderligere Type II-effekt. Fraktionering og lavere bestrålingsstyrke undersøges blandt andet som løsninger på denne begrænsning, hvilket også er grunden til, at sikkerhedsmargener og vævets iltning hører hjemme i standarder for klinisk sikkerhed og supervision snarere end i en lampemanual.

En klinikerledet procedure, ikke en opskrift til hjemmebrug

Den undersøgte behandling udføres, hvor diagnostik, dosimetri og supervision er til stede samtidig. Nogen skal bekræfte, hvad læsionen er, og hvor dybt den strækker sig, vælge en formulering og et interval mellem påføring og belysning, der passer til målet, kalibrere lyskilden over et defineret felt med en defineret geometri og overvåge hud, øjne, smerter og lokal vævsreaktion. Den underliggende gennemgang af phenothiazinium-udvikling fremstiller hele feltet som optimering af forholdet mellem struktur og aktivitet under kontrollerede forhold, ikke som farvestof plus en vilkårlig kilde til rødt lys.

Efterligning derhjemme svigter på alle de kontrollerede variabler på én gang. Lamper til forbrugere oplyser sjældent kalibreret spektral bestrålingsstyrke ved behandlingsafstanden. Den påførte farvestofkoncentration siger intet om monomerandelen eller den intracellulære lokalisering. Vævets iltning er ukendt og ændrer sig under eksponeringen. Ingen af de citerede intervaller giver grundlag for en hjemmeprotokol, og denne artikel angiver bevidst ingen anvendelig opskrift. Læsere, der vurderer evidensens generelle kvalitet, bør bruge sådan læser du et studie om methylenblåt, før de drager konklusioner ud fra en enkelt artikel, og læsere, der er nysgerrige på metoder med lys alene uden en fotosensibilisator, bør begynde med rødt lys-terapi uden en fotosensibilisator.

Hvad denne artikel ikke fastslår

Den fastslår ikke, at fotodynamisk terapi med methylenblåt helbreder nogen hudlidelse, fjerner nogen infektion eller behandler nogen tumor. De mekanistiske gennemgange, der citeres her, målte fotokemi og sammenlignede farvestofstrukturer; de foreskrev ingen klinisk koncentration eller fluens. De parameterintervaller, der er citeret ovenfor, stammer fra heterogene rapporter om mennesker og dyremodeller med forskellige mål, dybder, formuleringer og endepunkter, og de kan ikke omregnes til vejledning ved at tage gennemsnittet. Tumorspecifik evidens, herunder begrænsningerne i tidlige kliniske rapporter om basalcellekarcinom, Kaposis sarkom og melanom, vurderes særskilt i samlingen om kræftforskning. Spørgsmål om renhed og indkøb af materiale i laboratoriekvalitet er uafhængige af behandling og behandles i sådan vælger du et produkt med methylenblåt.