טיפול פוטודינמי במתילן כחול: כיצד הטיפול נחקר

טיפול פוטודינמי במתילן כחול נשמע כמו תהליך בן שני שלבים. מורחים צבע כחול ומאירים באור אדום. התפיסה הזאת שגויה, והיא המקור לרוב הבלבול בנוגע לטיפול הזה. בהליך הנחקר יש שלושה מרכיבים שחייבים להימצא באותו מקום ובאותו זמן: חומר פוטוסנסיטיבי בצורתו הקולטת אור, פוטונים באורך גל מתאים ובמנה מדודה, וחמצן מולקולרי שיקבל את האנרגיה המועברת. בהיעדר אחד המרכיבים, אין מנגנון שיכול להסביר את ההשפעה הנטענת.

מאמר זה מסביר כיצד חוקרים מתארים את המערכת בת שלושת המרכיבים, אילו פרמטרים הם מבקרים, ומדוע אי אפשר להפוך אורך גל וכמות אנרגיה שפורסמו להליך ביתי. תוצאות בתחום הסרטן שייכות לסקירת המחקר על מתילן כחול וסרטן נפרדת, ויישומים דנטליים מרוכזים במחקר הפוטודינמי בתחום הפה והשיניים. שני הנושאים אינם מוצגים כאן שוב.

הצבע הוא חומר פוטוסנסיטיבי, לא חומר צביעה

מתילן כחול בולע אור אדום בעוצמה רבה, עם שיא בליעה של המונומר בסביבות 664 עד 666 nm ובליעה מולרית גבוהה מאוד. תחום הבליעה הזה הוא הסיבה לכך שמחקרים על טיפול פוטודינמי במתילן כחול משתמשים במקורות אור אדום, בדרך כלל בטווח של כ־630 עד 680 nm. מנורה מחוץ לתחום הזה עשויה להיראות בהירה, ובכל זאת כמעט שלא לספק עירור שימושי. העקרונות הנוגעים לאורך הגל שמאחורי הבחירה הזאת מוסברים בכיצד מתילן כחול בולע אור אדום.

הבליעה היא רק הצעד הראשון. הצבע המעורר עובר למצב טריפלט בעל זמן חיים ארוך יותר, ומשם עומדים לרשותו שני מסלולים פוטוכימיים. בכימיה מסוג I, הצבע המעורר מחליף אלקטרונים או אטומי מימן עם סובסטרטים סמוכים ויוצר רדיקלים, לרבות תהליכים שבהם מעורב סופראוקסיד בהמשך. בכימיה מסוג II, הצבע במצב טריפלט מעביר אנרגיה ישירות לחמצן במצב היסוד ויוצר חמצן סינגלטי. בתנאים שבהם חמצן זמין, מתילן כחול פועל בעיקר כחומר פוטוסנסיטיבי ליצירת חמצן סינגלטי, עם תשואה קוונטית מדווחת של כ־0.5 במים, ואילו התרומה של מסלולי סוג I עולה או יורדת בהתאם לסביבה המקומית. הסקירה משנת 1993 על הפוטוכימיה של מתילן כחול עם סובסטרטים ביולוגיים ממפה את שני המסלולים ומראה מדוע אי אפשר להסיק את היחס ביניהם מתווית הצבע.

אותה סקירה מזהה את המטרה העיקרית מבין חומצות הגרעין. לגואנין פוטנציאל החמצון הנמוך ביותר מבין בסיסי ה־DNA, ולכן חמצן סינגלטי מחמצן אותו באופן מועדף ויוצר תוצרים כגון 8-אוקסו-דאוקסיגואנוזין. לשם גרימת הנזק הזה אין צורך בהשתלבות בין בסיסי ה־DNA. עם זאת, הסקירה מזהירה גם מפני התייחסות ל־DNA כאל התמונה המלאה. מתילן כחול מחמצן חלבונים, ליפידים וממברנות, והמטרה שפגיעה בה גורמת למוות בניסוי נתון תלויה במקום שבו הצבע מתמקם. לכן, הריכוז בתמיסה שסביב המטרה הוא מדד עקיף חלש למנה במטרה עצמה. קוראים המשווים בין הכימיה הזאת, המונעת באור, לבין תפקידי החמצון־חיזור של הצבע בחושך צריכים להבחין בין השניים, כפי שמוסבר בכיצד מתילן כחול פועל בתאים.

תרכובת מובילה לפיתוח, לא תרופה שעברה מיטוב

מקור מרכזי שני הוא הסקירה משנת 2005 על פיתוח חומרים פוטוסנסיטיביים ממשפחת הפנותיאזיניום, המתייחסת למתילן כחול כמבנה מוביל לפיתוח בעל חולשות מוכרות, ולא כחומר פוטוסנסיטיבי מוגמר. שינויים מבניים קטנים משנים את הליפופיליות, הקליטה בתאים, ההתמקמות בתוך התאים, תפוקת החמצן הסינגלטי, הרעילות בחושך והעמידות לחיזור. מתילציה של הכרומופור, למשל, מגבירה את הליפופיליות ואת יצירת החמצן הסינגלטי ומאטה את החיזור לצורת הלאוקו הבלתי פעילה. במחקר שעליו התבססה הסקירה, אנלוגים שעברו מתילציה הראו רעילות גבוהה יותר בהארה בכ־7.2 J per square cm. עם זאת, ליפופיליות גבוהה יותר אינה בהכרח טובה יותר, משום שהידרופוביות מופרזת פוגעת במסיסות, מעודדת הצטברות לצברים ועלולה לעוות את הגאומטריה הנדרשת לפוטוכימיה.

חשוב להדגיש את סוגיית צורת הלאוקו, משום שאינה נראית לעין. מתילן כחול מחומצן הוא כחול ובולע אור אדום. לאוקו־מתילן כחול מחוזר הוא כמעט חסר צבע ובולע מעט אור באותו תחום, ולכן צבע שעבר חיזור בתוך תאים או ברקמה דלת חמצן נגרע זמנית ממאגר החומר הפעיל באור, עד לחמצון מחדש. מצב החמצון־חיזור של הרקמה משנה אפוא את הריכוז האפקטיבי של החומר הפוטוסנסיטיבי, גם כשהריכוז המיושם קבוע. ההיסטוריה של התכשירים, לרבות שימושים קליניים ומעבדתיים מוקדמים במשפחת הצבעים הזאת, מתוארת בההיסטוריה של מתילן כחול ברפואה.

טבלת המחקרים: מה משתנה ומה משמעותו

הטבלה שלהלן היא כלי ההשוואה המקורי של מאמר זה. כל שורה מציגה משתנה טיפול אחד שמחקרים חייבים לדווח עליו. קריאת השורות לרוחבן מראה מדוע שינוי של הגדרה אחת משנה את משמעותן של כל האחרות.

הטווחים שלעיל הם טווחים שנצפו במחקרים, לא פרוטוקול מומלץ. ההבחנה הזאת היא מטרת הטבלה. רוחב הטווח של מנות האור המדווחות הוא כשלעצמו ראיה לכך שאין מנת אור למתילן כחול שאפשר להעביר מהקשר אחד לאחר. הקשר מעבדתי נוסף למחקר על ביופילם המופעל באור מופיע במתילן כחול נגד ביופילמים, ורקע רחב יותר על עור וטיפול באור מופיע ברגישות העור לאור ובעקרונות הבסיסיים של מנת אור.

מדוע ערכי אנרגיה זהים עשויים להוביל לתגובות ביולוגיות שונות

ארבע אי־הבנות חוזרות כשמצטטים פרמטרים שפורסמו בלי ההקשר שלהם.

ראשית, צפיפות אנרגיה אינה מנה. שתי חשיפות באותו אורך גל ובאותו ערך של J per square cm שונות זו מזו אם אחת נמסרת במהירות והאחרת לאט, משום שדלדול החמצן, תיקון נזקים במהלך החשיפה והלבנה פוטוכימית של הצבע תלויים כולם בקצב ובזמן. דיווח על אנרגיה ללא צפיפות הספק וזמן חשיפה אינו מתאר את הניסוי במידה מספקת.

שנית, התכונות האופטיות של הרקמה משנות את משמעות הגדרת המנורה. בליעה, פיזור, גאומטריית פני השטח ופיזור לאחור גורמים לכך שצפיפות האנרגיה בתוך הרקמה עשויה להיות שונה במידה ניכרת מהערך שנמדד בפתח המנורה. לפי הספרות בתחום הדוזימטריה הקלינית, בנסיבות מסוימות ההבדל עשוי להתקרב לפי שניים. ערך שהועתק ממאמר מתאר את הגאומטריה של אותו מאמר, לא כל גאומטריה.

שלישית, ההתמקמות קובעת את המטרה. צבע קטיוני מתפזר בין ממברנות, מיטוכונדריות, ליזוזומים, מעטפות חיידקים או המטריצה החוץ־תאית בהתאם לתכשיר, למטען, לליפופיליות, למרווח הזמן ולרקמה. סקירת הפוטוכימיה משנת 1993 מתעדת נזק לחומצות גרעין, חלבונים, ליפידים, ממברנות, אברונים, נגיפים, חיידקים, תאי יונקים ומערכות של גידולים. זו בדיוק הסיבה שאותו שילוב של צבע ואור יכול לגרום למוות במסלולים שונים במערכי ניסוי שונים.

רביעית, חמצן הוא משאב מתכלה. קצבים גבוהים של מסירת אנרגיה יכולים לעלות על קצב חידוש אספקת החמצן באמצעות דיפוזיה וזרימת דם, וליצור מחסור זמני בחמצן במהלך החשיפה. כשזה קורה, תוספת אור מוסיפה מעט השפעה מסוג II, או אינה מוסיפה כלל. חלוקת ההארה למקטעים וצפיפות הספק נמוכה יותר נחקרות בחלקן כמענה למגבלה הזאת. זו גם הסיבה שמרווחי בטיחות וחמצון הרקמה שייכים לתקני בטיחות ופיקוח קליניים, ולא למדריך ההפעלה של מנורה.

הליך בהובלת איש מקצוע קליני, לא מתכון ביתי

הטיפול הנחקר ניתן במסגרת שבה אבחון, דוזימטריה ופיקוח מתקיימים יחד. יש לאמת מהו הנגע ומה עומקו, לבחור תכשיר ומרווח בין יישום החומר להארה המתאימים למטרה, לכייל את המקור על פני שדה מוגדר ובגאומטריה מוגדרת, ולנטר את העור, העיניים, הכאב ותגובת הרקמה המקומית. סקירת פיתוח הפנותיאזיניום, שעליה מבוסס הדיון, מציגה את התחום כולו כמיטוב של יחסי מבנה־פעילות בתנאים מבוקרים, ולא כשילוב של צבע עם אור אדום כללי.

חיקוי ביתי אינו עומד בדרישות של אף אחד מהמשתנים המבוקרים. מנורות לצרכנים מדווחות רק לעיתים רחוקות על צפיפות הספק ספקטרלית מכוילת במרחק הטיפול. ריכוז הצבע המיושם אינו מעיד על שיעור המונומר או על ההתמקמות בתוך התאים. חמצון הרקמה אינו ידוע ומשתנה במהלך החשיפה. אף אחד מהטווחים המצוטטים אינו בסיס לפרוטוקול ביתי, ומאמר זה אינו מציג בכוונה מתכון שאפשר ליישם. קוראים הבוחנים את איכות הראיות באופן כללי צריכים להיעזר בכיצד לקרוא מחקר על מתילן כחול לפני הסקת מסקנות ממאמר יחיד. קוראים המתעניינים בגישות המבוססות על אור בלבד, ללא חומר פוטוסנסיטיבי, צריכים להתחיל בטיפול באור אדום ללא חומר פוטוסנסיטיבי.

מה המאמר הזה אינו מבסס

המאמר אינו מבסס שטיפול פוטודינמי במתילן כחול מרפא בעיית עור כלשהי, מסלק זיהום כלשהו או מטפל בגידול כלשהו. הסקירות המנגנוניות המצוטטות כאן מדדו פוטוכימיה והשוו בין מבני צבעים; הן לא קבעו ריכוז קליני או צפיפות אנרגיה לשימוש קליני. טווחי הפרמטרים המצוטטים לעיל מגיעים מדיווחים מגוונים בבני אדם וממודלים בבעלי חיים, עם מטרות, עומקים, תכשירים ומדדי תוצאה שונים, ואי אפשר להפוך את הממוצע שלהם להנחיות. ראיות הנוגעות לגידולים מסוימים, לרבות מגבלותיהם של דיווחים קליניים מוקדמים על קרצינומה של תאי הבסיס, סרקומת קפושי ומלנומה, נבחנות בנפרד באוסף המחקר על סרטן. שאלות של טוהר ומקור אספקה לחומר בדרגת מעבדה הן סוגיה נפרדת מהטיפול, והן נדונות בכיצד לבחור מוצר מתילן כחול.