Članak
Fotodinamička terapija metilenskim modrilom: kako se liječenje proučava
Fotodinamička terapija metilenskim modrilom zvuči kao postupak u dva koraka. Nanijeti plavo bojilo, usmjeriti crvenu svjetlost. Ta je predodžba pogrešna i izvor je većine zabuna oko ovog liječenja. Proučavani postupak ima tri dijela koja moraju biti prisutna na istome mjestu u isto vrijeme: fotosenzibilizator u obliku koji apsorbira svjetlost, fotoni prikladne valne duljine u izmjerenoj dozi te molekularni kisik koji prima prenesenu energiju. Uklonite li bilo koji od tih dijelova, nema mehanizma koji bi omogućio navodni učinak.
Ovaj članak objašnjava kako istraživači opisuju taj trodijelni sustav, koje parametre kontroliraju i zašto se objavljena valna duljina i vrijednost energije ne mogu pretvoriti u kućni postupak. Ishodi liječenja raka pripadaju zasebnom pregledu istraživanja metilenskog modrila i raka, a stomatološke primjene obuhvaćene su istraživanjima fotodinamičkih postupaka u usnoj šupljini i stomatologiji. Nijedna se od tih tema ovdje ne ponavlja.
Bojilo je fotosenzibilizator, a ne sredstvo za bojenje
Metilensko modrilo snažno apsorbira crvenu svjetlost, s apsorpcijskim maksimumom monomera blizu 664 do 666 nm i vrlo visokom molarnom apsorptivnošću. Zbog tog apsorpcijskog pojasa istraživanja fotodinamičke terapije metilenskim modrilom upotrebljavaju izvore crvene svjetlosti, obično u rasponu od približno 630 do 680 nm. Svjetiljka izvan tog pojasa može izgledati jako svijetlo, a ipak pružati gotovo nikakvu korisnu pobudu. Pravila o valnim duljinama na kojima se taj izbor temelji objašnjena su u članku kako metilensko modrilo apsorbira crvenu svjetlost.
Apsorpcija je tek prvi korak. Pobuđeno bojilo prelazi u dugotrajnije tripletno stanje, iz kojeg su moguća dva fotokemijska puta. U kemiji tipa I pobuđeno bojilo razmjenjuje elektrone ili atome vodika s obližnjim supstratima i stvara radikale, uključujući naknadne reakcije superoksida. U kemiji tipa II bojilo u tripletnom stanju prenosi energiju izravno na kisik u osnovnom stanju i stvara singletni kisik. U uvjetima s dostupnim kisikom metilensko modrilo djeluje pretežno kao senzibilizator za stvaranje singletnog kisika, s prijavljenim kvantnim prinosom blizu 0.5 u vodi, dok se doprinosi tipa I povećavaju ili smanjuju ovisno o lokalnom okruženju. Pregled fotokemije metilenskog modrila s biološkim supstratima iz 1993. opisuje oba puta i pokazuje zašto se njihov odnos ne može iščitati s deklaracije bojila.
Isti pregled navodi glavnu ciljnu strukturu među nukleinskim kiselinama. Gvanin ima najniži oksidacijski potencijal među bazama DNA, pa ga singletni kisik prvenstveno oksidira, stvarajući proizvode poput 8-okso-deoksigvanozina. Za takvo oštećenje nije potrebna interkalacija u DNA. No pregled također upozorava da se DNA ne smije smatrati cijelom pričom. Metilensko modrilo oksidira proteine, lipide i membrane, a ciljna struktura čije oštećenje uzrokuje smrt u pojedinom pokusu ovisi o tome gdje se bojilo lokalizira. Koncentracija u otopini koja okružuje uzorak stoga je slab pokazatelj doze na ciljnom mjestu. Čitatelji koji uspoređuju ovu kemiju potaknutu svjetlošću s redoks-ulogama bojila u mraku trebaju ih razmatrati odvojeno, kako je objašnjeno u tekstu o tome kako metilensko modrilo djeluje u stanicama.
Polazni spoj, a ne optimizirani lijek
Drugi ključni izvor jest pregled razvoja fenotiazinskih fotosenzibilizatora iz 2005., koji metilensko modrilo razmatra kao polaznu strukturu s poznatim nedostacima, a ne kao dovršen fotosenzibilizator. Male strukturne promjene mijenjaju lipofilnost, unos u stanice, unutarstaničnu lokalizaciju, stvaranje singletnog kisika, toksičnost u mraku i otpornost na redukciju. Metilacija kromofora, primjerice, povećava lipofilnost i stvaranje singletnog kisika te usporava redukciju u neaktivni leuko-oblik, a metilirani analozi pokazali su veću fototoksičnost pri približno 7.2 J po kvadratnom cm u radu na kojem se pregled temelji. Veća lipofilnost ipak nije automatski bolja jer pretjerana hidrofobnost smanjuje topljivost, potiče agregaciju i može narušiti geometriju potrebnu za fotokemijske reakcije.
Leuko-oblik zaslužuje poseban naglasak jer je nevidljiv. Oksidirano metilensko modrilo plavo je i apsorbira crvenu svjetlost. Reducirano leukometilensko modrilo gotovo je bezbojno i slabo apsorbira u istom pojasu, pa je bojilo koje je reducirano unutar stanica ili u slabo oksigeniranom tkivu privremeno isključeno iz fotoaktivnog dijela dok se ponovno ne oksidira. Redoks-stanje tkiva stoga mijenja efektivnu koncentraciju fotosenzibilizatora čak i kada je primijenjena koncentracija nepromijenjena. Povijest formulacija, uključujući rane kliničke i laboratorijske primjene ove skupine bojila, obrađena je u članku povijest metilenskog modrila u medicini.
Tablica istraživanja: što se mijenja i što to znači
Tablica u nastavku izvorni je usporedni prikaz za ovaj članak. Svaki redak predstavlja jednu varijablu postupka koju istraživanja moraju navesti. Čitajte vodoravno kako biste vidjeli zašto promjena jedne postavke mijenja značenje svih ostalih.
| Varijabla | Što istraživanja navode | Zašto mijenja ishod |
|---|---|---|
| Formulacija fotosenzibilizatora | Slobodno bojilo u vodi, fiziološkoj otopini ili puferu; etanol i Cremophor kao vehikulumi u istraživanjima na životinjama; liposomi, polimerne čestice ili ciklodekstrinski nosači u eksperimentalnom radu | Vehikulum i nosač mijenjaju unos, lokalizaciju i prodiranje kroz prepreke poput matriksa biofilma ili tumorskog tkiva |
| Primijenjena koncentracija | Istraživanja antimikrobnog djelovanja na ljudima navode približno 0.0003 do 0.06 M uz intervale od 1 do 5 minuta između primjene fotosenzibilizatora i osvjetljavanja; istraživanja tumora na životinjama uključuju primjere intratumorske primjene približno 500 mikrograma po mL | Viša ukupna koncentracija može povećati dimerizaciju povezanu s apsorpcijom blizu 590 nm i smanjiti produktivnu fotokemiju monomera, pa udvostručavanje koncentracije ne mora udvostručiti učinak |
| Interval između primjene fotosenzibilizatora i osvjetljavanja | Minute u lokalnim antimikrobnim postupcima; dulji intervali ovisni o vehikulumu u tumorskim modelima | Interval određuje gdje se bojilo nalazi kada stigne svjetlost, a to određuje dominantnu biološku ciljnu strukturu |
| Valna duljina | Obično približno 630 do 680 nm | Mora se preklapati s apsorpcijskim pojasom monomera; otopine bogate dimerima pomiču efektivnu apsorpciju |
| Ozračenost | Izvješća o antimikrobnom djelovanju na ljudima obuhvaćaju približno 50 do 750 mW po kvadratnom cm; istraživanja rana na životinjama obično upotrebljavaju 100 mW po kvadratnom cm ili manje | Visoka ozračenost može iscrpiti lokalni kisik brže nego što ga perfuzija nadoknađuje, čime se smanjuje učinkovitost pri istoj nominalnoj fluenciji |
| Fluencija | Izvješća o antimikrobnom djelovanju na ljudima obuhvaćaju približno 6 do 18 J po kvadratnom cm tijekom 8 sekundi do 10 minuta; istraživanja rana na životinjama obuhvaćaju približno 12 do 360 J po kvadratnom cm | Ukupna energija bez ozračenosti, vremena i geometrije nepotpun je opis doze |
| Oksigenacija | Rijetko se izravno kontrolira; procjenjuje se prema vrsti tkiva, brzini isporuke fluencije i frakcioniranju | Kemija tipa II troši kisik, pa jednake postavke svjetlosti mogu dati različite učinke u dobro prokrvljenim i hipoksičnim ciljnim strukturama |
| Ciljna struktura i uvjeti | Modeli infekcija kože i rana, modeli oralnog biofilma, sustavi kultura karcinoma i melanoma, tumori u miševa, povijesna izvješća o kožnim tumorima | Geometrija, dubina, optička svojstva i prihvatljivo oštećenje domaćina toliko se razlikuju da se vrijednosti iz antimikrobnih istraživanja nikada ne mogu kvantitativno prenijeti na istraživanja tumora |
Navedeni rasponi opaženi su rasponi iz istraživanja, a ne preporučeni protokol. Upravo je ta razlika smisao tablice. Širina prijavljenih doza svjetlosti sama je po sebi dokaz da ne postoji prenosiva doza svjetlosti za metilensko modrilo. Povezani laboratorijski kontekst istraživanja biofilma uz aktivaciju svjetlošću nalazi se u članku metilensko modrilo protiv biofilmova, a širi kontekst kože i svjetlosne terapije obrađen je u osnovama fotosenzitivnosti kože i doze svjetlosti.
Zašto jednake vrijednosti energije mogu dati različite biološke učinke
Četiri se zabune ponavljaju kad god se objavljeni parametri navode bez svojeg konteksta.
Prvo, fluencija nije doza. Dva izlaganja pri istoj valnoj duljini i istom broju J po kvadratnom cm razlikuju se ako se jedno provodi brzo, a drugo polako, jer iscrpljivanje kisika, popravak oštećenja tijekom izlaganja i fotobijeljenje bojila ovise o brzini i vremenu. Navođenje energije bez ozračenosti i vremena izlaganja ostavlja pokus nedovoljno opisanim.
Drugo, optička svojstva tkiva mijenjaju značenje postavki svjetiljke. Zbog apsorpcije, raspršenja, površinske geometrije i povratnog raspršenja fluencija unutar tkiva može se znatno razlikovati od vrijednosti izmjerene na otvoru svjetiljke; prema literaturi o kliničkoj dozimetriji, u nekim okolnostima razlika se približava faktoru dva. Vrijednost prepisana iz rada opisuje geometriju tog rada, a ne svaku geometriju.
Treće, lokalizacija određuje ciljnu strukturu. Kationsko bojilo raspodjeljuje se u membrane, mitohondrije, lizosome, bakterijske ovojnice ili izvanstanični matriks ovisno o formulaciji, naboju, lipofilnosti, intervalu i tkivu. Pregled fotokemije iz 1993. dokumentira oštećenja nukleinskih kiselina, proteina, lipida, membrana, organela, virusa, bakterija, stanica sisavaca i tumorskih sustava, što je upravo razlog zašto isti spoj bojila i svjetlosti može uzrokovati smrt različitim putovima u različitim eksperimentalnim uvjetima.
Četvrto, kisik je potrošna komponenta. Visoke brzine isporuke fluencije mogu nadmašiti nadoknadu difuzijom i perfuzijom te izazvati prolaznu hipoksiju usred izlaganja. Kada se to dogodi, dodavanje svjetlosti donosi malo ili nimalo dodatnog učinka tipa II. Frakcioniranje i niža ozračenost proučavaju se dijelom kao odgovori na to ograničenje, zbog čega sigurnosne granice i oksigenacija tkiva pripadaju standardima kliničke sigurnosti i nadzora, a ne priručniku za svjetiljku.
Postupak pod vodstvom kliničara, a ne kućni recept
Proučavani postupak provodi se u okruženju u kojem su zajedno prisutni dijagnostika, dozimetrija i nadzor. Netko mora potvrditi o kakvoj se leziji radi i koliko duboko seže, odabrati formulaciju i interval između primjene fotosenzibilizatora i osvjetljavanja prilagođen toj ciljnoj strukturi, kalibrirati izvor za definirano područje s definiranom geometrijom te pratiti kožu, oči, bol i lokalni odgovor tkiva. Temeljni pregled razvoja fenotiazinskih fotosenzibilizatora cijelo područje prikazuje kao optimizaciju odnosa strukture i aktivnosti u kontroliranim uvjetima, a ne kao kombinaciju bojila i bilo kakve crvene svjetlosti.
Kućno oponašanje istodobno zakazuje kod svake kontrolirane varijable. Potrošačke svjetiljke rijetko navode kalibriranu spektralnu ozračenost na udaljenosti primjene. Koncentracija nanesenog bojila ne govori ništa o udjelu monomera ili unutarstaničnoj lokalizaciji. Oksigenacija tkiva nepoznata je i mijenja se tijekom izlaganja. Nijedan od navedenih raspona ne opravdava kućni protokol, a ovaj članak namjerno ne daje primjenjiv recept. Čitatelji koji procjenjuju opću kvalitetu dokaza trebaju pročitati kako čitati istraživanje metilenskog modrila prije nego što izvuku zaključke iz pojedinačnog rada, a oni koje zanimaju pristupi samo sa svjetlošću, bez fotosenzibilizatora, trebaju početi s člankom terapija crvenom svjetlošću bez fotosenzibilizatora.
Što ovaj članak ne utvrđuje
Ovaj članak ne utvrđuje da fotodinamička terapija metilenskim modrilom izlječuje bilo koje kožno stanje, uklanja bilo koju infekciju ili liječi bilo koji tumor. Ovdje citirani pregledi mehanizama mjerili su fotokemiju i uspoređivali strukture bojila; nisu propisali kliničku koncentraciju ni fluenciju. Gore navedeni rasponi parametara potječu iz heterogenih izvješća o primjeni na ljudima i životinjskih modela s različitim ciljnim strukturama, dubinama, formulacijama i krajnjim ishodima te se njihovim usrednjavanjem ne mogu dobiti smjernice. Dokazi specifični za tumore, uključujući ograničenja ranih kliničkih izvješća o bazocelularnom karcinomu, Kaposijevu sarkomu i melanomu, procjenjuju se zasebno u zbirci istraživanja raka. Pitanja čistoće i nabave materijala laboratorijske kvalitete odvojena su od liječenja i obrađena su u članku kako odabrati proizvod s metilenskim modrilom.