Terapia fotodinámica con azul de metileno: como se estuda o tratamento

A terapia fotodinámica con azul de metileno parece constar de dous pasos. Aplicar un colorante azul e iluminalo con luz vermella. Ese modelo mental é incorrecto e é a orixe de boa parte da confusión sobre este tratamento. O procedemento estudado ten tres compoñentes que deben coincidir no mesmo lugar e ao mesmo tempo: un fotosensibilizador na súa forma que absorbe luz, fotóns dunha lonxitude de onda axeitada cunha dose medida e osíxeno molecular que reciba a enerxía transferida. Se se elimina calquera destes compoñentes, o efecto que se afirma obter carece de mecanismo.

Este artigo explica como describen os investigadores ese sistema de tres compoñentes, que parámetros controlan e por que unha lonxitude de onda e unha cifra de enerxía publicadas non se poden converter nun procedemento doméstico. Os resultados relativos ao cancro corresponden a unha revisión da investigación sobre o azul de metileno e o cancro, e as aplicacións odontolóxicas recóllense na investigación fotodinámica oral e dental. Ningún destes contidos se repite aquí.

O colorante é un fotosensibilizador, non unha tinguidura

O azul de metileno absorbe intensamente a luz vermella, cun pico do monómero próximo a 664 a 666 nm e unha absortividade molar moi alta. Esa banda de absorción explica por que os estudos de terapia fotodinámica con azul de metileno empregan fontes vermellas, normalmente no intervalo aproximado de 630 a 680 nm. Unha lámpada fóra desa banda pode parecer brillante e, con todo, proporcionar case ningunha excitación aproveitable. As regras sobre a lonxitude de onda que sustentan esa elección explícanse en como absorbe o azul de metileno a luz vermella.

A absorción é só o primeiro paso. O colorante excitado pasa a un estado triplete de maior duración, desde o que se abren dúas vías fotoquímicas. Na química de tipo I, o colorante excitado intercambia electróns ou átomos de hidróxeno con substratos próximos e produce radicais, con reaccións posteriores nas que intervén o superóxido. Na química de tipo II, o colorante en estado triplete transfire enerxía directamente ao osíxeno no seu estado fundamental e produce osíxeno singlete. En condicións oxixenadas, o azul de metileno actúa principalmente como sensibilizador de osíxeno singlete, cun rendemento cuántico publicado próximo a 0.5 en auga, mentres que as contribucións de tipo I aumentan ou diminúen segundo o contorno local. A revisión de 1993 sobre a fotoquímica do azul de metileno con substratos biolóxicos describe ambas as vías e mostra por que o seu equilibrio non se pode deducir da etiqueta do colorante.

A mesma revisión identifica a principal diana entre os ácidos nucleicos. A guanina ten o potencial de oxidación máis baixo das bases do ADN, polo que o osíxeno singlete a oxida preferentemente e forma produtos como a 8-oxo-desoxiguanosina. A intercalación no ADN non é necesaria para producir ese dano. Pero a revisión tamén advirte de que o ADN non explica todo o proceso. O azul de metileno oxida proteínas, lípidos e membranas, e a diana letal en cada experimento depende de onde se localice o colorante. Por tanto, a concentración na solución de inmersión é un indicador pouco fiable da dose na diana. Quen compare esta química impulsada pola luz coas funcións redox do colorante na escuridade debe manter separados ambos os procesos, tal como se expón en como funciona o azul de metileno nas células.

Un composto de partida, non un fármaco optimizado

A segunda fonte de referencia é a revisión de 2005 sobre o desenvolvemento de fotosensibilizadores de fenotiazinio, que aborda o azul de metileno como unha estrutura de partida con limitacións coñecidas, non como un fotosensibilizador acabado. Pequenos cambios estruturais modifican a lipofilia, a captación celular, a localización intracelular, a produción de osíxeno singlete, a toxicidade na escuridade e a resistencia á redución. A metilación do cromóforo, por exemplo, aumenta a lipofilia e a xeración de osíxeno singlete e retarda a redución á forma leuco inactiva; os análogos metilados mostraron unha maior fototoxicidade con aproximadamente 7.2 J por cm cadrado nos traballos nos que se basea a revisión. Unha maior lipofilia non é automaticamente mellor, porque unha hidrofobicidade excesiva prexudica a solubilidade, favorece a agregación e pode alterar a xeometría que require a fotoquímica.

A cuestión da forma leuco merece especial atención porque é invisible. O azul de metileno oxidado é azul e absorbe luz vermella. O leucoazul de metileno reducido é case incoloro e absorbe pouco nesa mesma banda, polo que o colorante reducido dentro das células ou en tecidos pouco oxixenados queda temporalmente fóra do conxunto fotoactivo ata que se reoxida. O estado redox do tecido modifica, por tanto, a concentración efectiva de fotosensibilizador mesmo cando a concentración aplicada permanece fixa. A historia das formulacións, incluídos os primeiros usos clínicos e de laboratorio desta familia de colorantes, recóllese en a historia do azul de metileno na medicina.

A táboa dos estudos: que varía e que significa

A seguinte táboa é o recurso comparativo orixinal deste artigo. Cada fila corresponde a unha variable do tratamento que os estudos deben comunicar. Lea cada fila para ver por que cambiar un parámetro modifica o significado de todos os demais.

Os intervalos anteriores son os observados nos estudos, non un protocolo recomendado. Esa distinción é a razón de ser da táboa. A amplitude das doses de luz comunicadas é en si mesma unha proba de que non existe unha dose de luz con azul de metileno que se poida trasladar entre contextos. En azul de metileno contra as biopelículas preséntase contexto de laboratorio relacionado cos traballos sobre biopelículas activados pola luz, e os fundamentos máis amplos sobre a pel e a terapia con luz atópanse nos conceptos básicos de fotosensibilidade cutánea e dose de luz.

Por que cifras de enerxía idénticas poden producir respostas biolóxicas diferentes

Hai catro confusións que se repiten cando se citan parámetros publicados sen o seu contexto.

En primeiro lugar, a fluencia non é a dose. Dúas exposicións coa mesma lonxitude de onda e os mesmos J por cm cadrado difiren se unha se administra rapidamente e a outra lentamente, porque o esgotamento do osíxeno, a reparación durante a exposición e o fotobranqueamento do colorante dependen da taxa e do tempo. Comunicar a enerxía sen a irradiancia e o tempo de exposición deixa o experimento insuficientemente descrito.

En segundo lugar, a óptica do tecido modifica o significado dos parámetros da lámpada. A absorción, a dispersión, a xeometría superficial e a retrodispersión fan que a fluencia dentro do tecido poida diferir substancialmente do valor medido na abertura da lámpada; nalgunhas circunstancias, con factores próximos a dous, segundo a bibliografía sobre dosimetría clínica. Unha cifra copiada dun artigo describe a xeometría dese artigo, non todas as xeometrías.

En terceiro lugar, a localización determina a diana. Un colorante catiónico distribúese entre membranas, mitocondrias, lisosomas, envolturas bacterianas ou matriz extracelular segundo a formulación, a carga, a lipofilia, o intervalo e o tecido. A revisión de fotoquímica de 1993 documenta danos en ácidos nucleicos, proteínas, lípidos, membranas, orgánulos, virus, bacterias, células de mamíferos e sistemas tumorais, o que explica precisamente por que a mesma combinación de colorante e luz pode causar a morte por vías diferentes en condicións experimentais distintas.

En cuarto lugar, o osíxeno é un recurso que se consome. As taxas de fluencia altas poden superar a reposición por difusión e perfusión e crear unha hipoxia transitoria durante a exposición. Cando isto ocorre, engadir máis luz apenas aumenta o efecto de tipo II ou non o aumenta en absoluto. O fraccionamento e unha irradiancia máis baixa estúdanse en parte como respostas a esta limitación, que tamén explica por que as marxes de seguridade e a oxixenación dos tecidos deben tratarse nas normas de seguridade e supervisión clínica, non no manual dunha lámpada.

Un procedemento dirixido por profesionais clínicos, non unha receita doméstica

O tratamento estudado adminístrase nun contorno que reúne diagnóstico, dosimetría e supervisión. Alguén debe confirmar que é a lesión e ata que profundidade chega, escoller unha formulación e un intervalo entre o fármaco e a luz axeitados para esa diana, calibrar a fonte sobre unha área definida cunha xeometría definida e vixiar a pel, os ollos, a dor e a resposta local do tecido. A revisión sobre o desenvolvemento de fenotiazinio que serve de base presenta todo o campo como unha optimización da relación estrutura-actividade en condicións controladas, non como colorante máis luz vermella xenérica.

A imitación doméstica falla en todas as variables controladas á vez. As lámpadas de consumo raramente indican a irradiancia espectral calibrada á distancia de tratamento. A concentración do colorante aplicado non di nada sobre a fracción de monómero nin sobre a localización intracelular. A oxixenación do tecido é descoñecida e cambia durante a exposición. Ningún dos intervalos citados avala un protocolo doméstico, e este artigo non ofrece deliberadamente ningunha receita aplicable. Quen valore a calidade xeral das probas debe consultar como ler un estudo sobre o azul de metileno antes de tirar conclusións dun único artigo, e quen teña interese nos enfoques que empregan só luz, sen fotosensibilizador, debe comezar por terapia con luz vermella sen fotosensibilizador.

Que non establece este artigo

Non establece que a terapia fotodinámica con azul de metileno cure ningunha afección cutánea, elimine ningunha infección nin trate ningún tumor. As revisións mecanísticas citadas aquí mediron a fotoquímica e compararon estruturas de colorantes; non prescribiron ningunha concentración nin fluencia clínicas. Os intervalos de parámetros citados anteriormente proceden de informes heteroxéneos en humanos e de modelos animais con distintas dianas, profundidades, formulacións e variables de resultado, e non se poden converter en recomendacións calculando unha media. As probas específicas sobre tumores, incluídas as limitacións dos primeiros informes clínicos sobre o carcinoma basocelular, o sarcoma de Kaposi e o melanoma, avalíanse por separado na colección de investigación sobre o cancro. As cuestións de pureza e subministración do material de grao de laboratorio son independentes do tratamento e abórdanse en como escoller un produto de azul de metileno.