Straipsnis
Metileno mėlio fotodinaminė terapija: kaip tiriamas gydymas
Fotodinaminė terapija su metileno mėliu skamba kaip dviejų žingsnių procedūra. Užtepti mėlyną dažiklį, apšviesti raudona šviesa. Toks įsivaizdavimas klaidingas ir lemia didžiąją dalį nesusipratimų apie šį gydymą. Tiriamą procedūrą sudaro trys dalys, kurios turi sutapti toje pačioje vietoje tuo pačiu metu: šviesą sugeriančios formos fotosensibilizatorius, tinkamo bangos ilgio fotonai, kurių dozė išmatuota, ir molekulinis deguonis, galintis priimti perduodamą energiją. Pašalinus bet kurią dalį, teigiamam poveikiui nebelieka mechanizmo.
Šiame straipsnyje paaiškinama, kaip tyrėjai apibūdina šią trijų dalių sistemą, kokius parametrus kontroliuoja ir kodėl paskelbto bangos ilgio bei energijos skaičiaus negalima paversti namuose atliekama procedūra. Su vėžiu susiję rezultatai aptariami atskiroje metileno mėlio ir vėžio tyrimų apžvalgoje, o odontologinis taikymas apibendrintas burnos ir odontologinės fotodinamikos tyrimuose. Nei viena, nei kita tema čia nekartojama.
Dažiklis yra fotosensibilizatorius, o ne vien dažomoji medžiaga
Metileno mėlis stipriai sugeria raudoną šviesą: monomero sugerties maksimumas yra ties maždaug 664–666 nm, o molinis sugerties koeficientas labai didelis. Dėl šios sugerties juostos metileno mėlio fotodinaminės terapijos tyrimuose naudojami raudonos šviesos šaltiniai, paprastai maždaug 630–680 nm diapazone. Už šios juostos ribų veikianti lempa gali atrodyti ryški, tačiau suteikti beveik jokio naudingo sužadinimo. Šį pasirinkimą lemiančios bangos ilgio taisyklės paaiškintos straipsnyje kaip metileno mėlis sugeria raudoną šviesą.
Sugertis tėra pirmasis žingsnis. Sužadintas dažiklis pereina į ilgiau gyvuojančią tripletinę būseną, iš kurios galimi du fotocheminiai keliai. I tipo reakcijose sužadintas dažiklis keičiasi elektronais arba vandenilio atomais su šalia esančiais substratais ir sukuria radikalus; vėlesnėse reakcijose dalyvauja ir superoksidas. II tipo reakcijose tripletinės būsenos dažiklis perduoda energiją tiesiogiai pagrindinės būsenos deguoniui ir sukuria singuletinį deguonį. Esant deguonies, metileno mėlis daugiausia veikia kaip singuletinio deguonies sensibilizatorius; nurodoma, kad jo kvantinė išeiga vandenyje yra apie 0.5, o I tipo reakcijų indėlis didėja arba mažėja priklausomai nuo vietinės aplinkos. 1993 m. metileno mėlio fotochemijos su biologiniais substratais apžvalgoje aptariami abu keliai ir parodoma, kodėl jų santykio negalima nustatyti iš dažiklio etiketės.
Toje pačioje apžvalgoje įvardijamas pagrindinis nukleorūgščių taikinys. Guanino oksidacijos potencialas yra mažiausias iš DNR bazių, todėl singuletinis deguonis pirmiausia oksiduoja jį, sudarydamas tokius produktus kaip 8-okso-deoksiguanozinas. Šiai pažaidai interkaliacija į DNR nėra būtina. Tačiau apžvalgoje taip pat perspėjama nelaikyti DNR vieninteliu svarbiu taikiniu. Metileno mėlis oksiduoja baltymus, lipidus ir membranas, o tai, kurio taikinio pažaida konkrečiame eksperimente lemia žūtį, priklauso nuo dažiklio lokalizacijos. Todėl koncentracija tirpale, kuriame laikomas mėginys, yra silpnas dozės taikinio vietoje pakaitinis rodiklis. Skaitytojai, lyginantys šią šviesos sukeliamą chemiją su dažiklio redokso funkcijomis tamsoje, turėtų jas atskirti, kaip paaiškinta aprašant metileno mėlio veikimą ląstelėse.
Pradinis junginys, o ne optimizuotas vaistas
Antrasis pagrindinis šaltinis yra 2005 m. fenotiazinio fotosensibilizatorių kūrimo apžvalga, kurioje metileno mėlis vertinamas kaip pradinė struktūra su žinomais trūkumais, o ne kaip baigtas fotosensibilizatorius. Nedideli struktūros pokyčiai keičia lipofiliškumą, patekimą į ląsteles, viduląstelinę lokalizaciją, singuletinio deguonies susidarymą, toksiškumą tamsoje ir atsparumą redukcijai. Pavyzdžiui, chromoforo metilinimas padidina lipofiliškumą ir singuletinio deguonies susidarymą bei sulėtina redukciją į neaktyvią leukoformą; apžvelgtuose darbuose metilinti analogai pasižymėjo didesniu fototoksiškumu esant maždaug 7.2 J kvadratiniam cm. Vis dėlto didesnis lipofiliškumas savaime nėra pranašumas, nes pernelyg didelis hidrofobiškumas mažina tirpumą, skatina agregaciją ir gali iškreipti fotochemijai reikalingą geometriją.
Leukoforma verta atskiro dėmesio, nes ji nematoma. Oksiduotas metileno mėlis yra mėlynas ir sugeria raudoną šviesą. Redukuotas leukometileno mėlis yra beveik bespalvis ir toje pačioje juostoje sugeria silpnai, todėl ląstelėse arba menkai deguonimi aprūpinamame audinyje redukuotas dažiklis laikinai nebepriklauso fotoaktyviai daliai, kol vėl neoksiduojamas. Taigi audinio redokso būsena keičia veiksmingą fotosensibilizatoriaus koncentraciją net tada, kai naudojama koncentracija nekinta. Preparatų istorija, įskaitant ankstyvą šios dažiklių šeimos klinikinį ir laboratorinį naudojimą, aptariama straipsnyje metileno mėlio istorija medicinoje.
Tyrimų lentelė: kas kinta ir ką tai reiškia
Toliau pateikta lentelė yra šiam straipsniui parengta originali palyginamoji medžiaga. Kiekvienoje eilutėje pateikiamas vienas gydymo kintamasis, kurį tyrimuose būtina nurodyti. Skaitykite horizontaliai, kad pamatytumėte, kodėl pakeitus vieną parametrą pasikeičia visų kitų reikšmė.
| Kintamasis | Kas nurodoma tyrimuose | Kodėl tai keičia rezultatą |
|---|---|---|
| Fotosensibilizatoriaus preparato forma | Laisvas dažiklis vandenyje, fiziologiniame tirpale arba buferyje; etanolio ir Cremophor terpės tyrimuose su gyvūnais; liposomos, polimerinės dalelės arba ciklodekstrino nešikliai eksperimentiniuose darbuose | Terpė ir nešiklis keičia patekimą į ląsteles, lokalizaciją ir skverbimąsi per tokias kliūtis kaip bioplėvelės matrica ar naviko audinys |
| Naudojama koncentracija | Antimikrobinio poveikio tyrimuose su žmonėmis nurodoma maždaug 0.0003–0.06 M koncentracija ir 1–5 minučių laikotarpis nuo preparato panaudojimo iki apšvitinimo; gyvūnų navikų tyrimuose yra maždaug 500 mikrogramų viename mL koncentracijos naudojimo į naviką pavyzdžių | Didesnė bendra koncentracija gali padidinti dimerizaciją ties maždaug 590 nm ir sumažinti produktyvią monomerų fotochemiją, todėl padvigubinus koncentraciją poveikis nebūtinai padvigubėja |
| Laikotarpis nuo preparato panaudojimo iki apšvitinimo | Minutės vietinio antimikrobinio poveikio eksperimentuose; navikų modeliuose ilgesnis ir priklausantis nuo terpės | Šis laikotarpis lemia, kur dažiklis bus apšvitinimo metu, o tai lemia pagrindinį biologinį taikinį |
| Bangos ilgis | Paprastai maždaug 630–680 nm | Turi sutapti su monomero sugerties juosta; tirpaluose, kuriuose gausu dimerų, veiksminga sugertis pasislenka |
| Apšvitos intensyvumas | Antimikrobinio poveikio tyrimuose su žmonėmis nurodoma maždaug 50–750 mW kvadratiniam cm; gyvūnų žaizdų tyrimuose dažniausiai 100 mW kvadratiniam cm arba mažiau | Didelis apšvitos intensyvumas gali išeikvoti vietinį deguonį greičiau, nei perfuzija jį papildo, todėl esant tokiai pačiai nominaliai energinei ekspozicijai efektyvumas mažėja |
| Energinė ekspozicija | Antimikrobinio poveikio tyrimuose su žmonėmis nurodoma maždaug 6–18 J kvadratiniam cm per laikotarpį nuo 8 sekundžių iki 10 minučių; gyvūnų žaizdų tyrimuose maždaug 12–360 J kvadratiniam cm | Bendra energija be apšvitos intensyvumo, laiko ir geometrijos nėra išsamus dozės aprašymas |
| Aprūpinimas deguonimi | Retai kontroliuojamas tiesiogiai; vertinamas pagal audinio tipą, energinės ekspozicijos spartą ir frakcionavimą | II tipo reakcijos sunaudoja deguonį, todėl vienodi šviesos parametrai gali sukelti skirtingą poveikį gerai perfuzuojamuose ir hipoksiniuose taikiniuose |
| Taikinys ir tyrimo sąlygos | Odos ir žaizdų infekcijų modeliai, burnos bioplėvelių modeliai, kultivuojamų karcinomos ir melanomos ląstelių sistemos, pelių navikai, istoriniai odos navikų aprašymai | Geometrija, gylis, optinės savybės ir toleruojama šeimininko audinių pažaida skiriasi taip stipriai, kad antimikrobinio poveikio skaitinių parametrų niekada negalima kiekybiškai perkelti į navikų tyrimus |
Pirmiau pateikti intervalai yra tyrimuose stebėti intervalai, o ne rekomenduojamas protokolas. Būtent šį skirtumą ir siekiama parodyti lentele. Platus nurodomų šviesos dozių diapazonas pats savaime liudija, kad nėra vienos metileno mėlio šviesos dozės, kurią būtų galima perkelti į kitas sąlygas. Susijęs šviesa aktyvinamų bioplėvelių tyrimų laboratorinis kontekstas pateikiamas straipsnyje metileno mėlis prieš bioplėveles, o platesnis odos ir šviesos terapijos kontekstas aptariamas odos jautrumo šviesai ir šviesos dozės pagrinduose.
Kodėl vienodi energijos skaičiai gali sukelti skirtingą biologinį poveikį
Kai paskelbti parametrai cituojami be konteksto, nuolat kartojasi keturi nesusipratimai.
Pirma, energinė ekspozicija nėra dozė. Du apšvitinimai tuo pačiu bangos ilgiu ir tokiu pačiu J kiekiu kvadratiniam cm skiriasi, jei vienas atliekamas greitai, o kitas lėtai, nes deguonies išeikvojimas, pažaidų taisymas apšvitinimo metu ir dažiklio fotoblukimas priklauso nuo spartos ir laiko. Nurodžius energiją be apšvitos intensyvumo ir apšvitinimo trukmės, eksperimentas lieka nepakankamai aprašytas.
Antra, audinio optinės savybės pakeičia lempos parametrų reikšmę. Dėl sugerties, sklaidos, paviršiaus geometrijos ir atgalinės sklaidos energinė ekspozicija audinio viduje gali reikšmingai skirtis nuo vertės, išmatuotos ties lempos anga; klinikinės dozimetrijos literatūros duomenimis, tam tikromis aplinkybėmis skirtumas gali būti beveik dvigubas. Iš publikacijos nukopijuotas skaičius apibūdina tos publikacijos geometriją, o ne bet kurią geometriją.
Trečia, lokalizacija lemia taikinį. Katijoninis dažiklis pasiskirsto membranose, mitochondrijose, lizosomose, bakterijų apvalkaluose arba tarpląstelinėje matricoje priklausomai nuo preparato formos, krūvio, lipofiliškumo, laikotarpio iki apšvitinimo ir audinio. 1993 m. fotochemijos apžvalgoje aprašomos nukleorūgščių, baltymų, lipidų, membranų, organelių, virusų, bakterijų, žinduolių ląstelių ir navikinių sistemų pažaidos. Būtent todėl tas pats dažiklio ir šviesos derinys skirtingomis eksperimentinėmis sąlygomis gali lemti žūtį skirtingais keliais.
Ketvirta, deguonis yra sunaudojamas. Didelė energinės ekspozicijos sparta gali viršyti deguonies papildymą difuzijos ir perfuzijos būdu ir apšvitinimo metu sukelti laikiną hipoksiją. Taip nutikus, papildoma šviesa suteikia mažai papildomo II tipo poveikio arba jo visai nesuteikia. Frakcionavimas ir mažesnis apšvitos intensyvumas iš dalies tiriami kaip šio apribojimo sprendimai. Dėl tos pačios priežasties saugumo ribos ir audinių aprūpinimas deguonimi turi būti aptariami klinikinio saugumo ir priežiūros standartuose, o ne lempos instrukcijoje.
Gydytojo vadovaujama procedūra, o ne naminis receptas
Tiriamas gydymas atliekamas ten, kur kartu užtikrinama diagnostika, dozimetrija ir priežiūra. Kas nors turi patvirtinti, koks tai pažeidimas ir kiek giliai jis išplitęs, parinkti taikiniui tinkamą preparato formą bei laikotarpį nuo jo panaudojimo iki apšvitinimo, sukalibruoti šaltinį apibrėžtame plote su apibrėžta geometrija ir stebėti odą, akis, skausmą bei vietinę audinių reakciją. Pagrindinėje fenotiazinio fotosensibilizatorių kūrimo apžvalgoje visa ši sritis apibūdinama kaip struktūros ir aktyvumo optimizavimas kontroliuojamomis sąlygomis, o ne kaip dažiklio ir bet kokios raudonos šviesos derinys.
Bandant tai atkartoti namuose, vienu metu prarandama visų kontroliuojamų kintamųjų kontrolė. Buitinių lempų gamintojai retai nurodo kalibruotą spektrinį apšvitos intensyvumą gydymo atstumu. Naudojamo dažiklio koncentracija nieko nepasako apie monomerų dalį ar viduląstelinę lokalizaciją. Audinių aprūpinimas deguonimi nežinomas ir apšvitinimo metu kinta. Nė vienas iš cituotų intervalų nesuteikia pagrindo namų protokolui, o šiame straipsnyje sąmoningai nepateikiama jokio praktiškai pritaikomo recepto. Skaitytojai, vertinantys bendrą įrodymų kokybę, prieš darydami išvadas iš bet kurios pavienės publikacijos turėtų perskaityti kaip skaityti metileno mėlio tyrimą, o besidomintys vien šviesa grindžiamais metodais be fotosensibilizatoriaus turėtų pradėti nuo raudonos šviesos terapijos be fotosensibilizatoriaus.
Ko šis straipsnis nepatvirtina
Jis nepatvirtina, kad metileno mėlio fotodinaminė terapija išgydo kokią nors odos būklę, pašalina kokią nors infekciją ar gydo kokį nors naviką. Čia cituojamose mechanizmų apžvalgose vertinta fotochemija ir lygintos dažiklių struktūros; jose nenustatyta jokia klinikinė koncentracija ar energinė ekspozicija. Pirmiau pateikti parametrų intervalai paimti iš nevienalyčių tyrimų su žmonėmis ir gyvūnų modeliais, kurių taikiniai, gylis, preparatų formos ir vertinamos baigtys skyrėsi, todėl jų vidurkių negalima paversti rekomendacijomis. Konkretiems navikams skirti įrodymai, įskaitant ankstyvųjų klinikinių bazalinių ląstelių karcinomos, Kapoši sarkomos ir melanomos aprašymų ribotumus, atskirai vertinami vėžio tyrimų rinkinyje. Laboratorinės kokybės medžiagos grynumo ir įsigijimo klausimai yra atskiri nuo gydymo ir aptariami straipsnyje kaip pasirinkti metileno mėlio produktą.