Raksts
Metilēnzilā fotodinamiskā terapija: kā tiek pētīta ārstēšana
Fotodinamiskā terapija ar metilēnzilo šķiet divu soļu procedūra. Uzklāt zilu krāsvielu, apspīdināt ar sarkanu gaismu. Šāds priekšstats ir kļūdains, un tas rada lielāko daļu pārpratumu par šo ārstēšanu. Pētītajai procedūrai ir trīs sastāvdaļas, kurām vienlaikus jāatrodas vienā un tajā pašā vietā: fotosensibilizators gaismu absorbējošā formā, piemērota viļņa garuma fotoni izmērītā devā un molekulārais skābeklis, kas saņem pārnesto enerģiju. Ja trūkst kaut vienas sastāvdaļas, apgalvotajai iedarbībai nav mehānisma.
Šajā rakstā skaidrots, kā pētnieki apraksta šo trīsdaļīgo sistēmu, kurus parametrus viņi kontrolē un kāpēc publicētu viļņa garumu un enerģijas vērtību nevar pārvērst mājas procedūrā. Vēža ārstēšanas rezultāti aplūkoti atsevišķā pārskatā par metilēnzilo un vēža pētniecību, savukārt pielietojums zobārstniecībā apkopots mutes dobuma un zobārstniecības fotodinamiskās terapijas pētījumos. Neviens no šiem tematiem šeit netiek atkārtots.
Krāsviela ir fotosensibilizators, nevis iekrāsošanas līdzeklis
Metilēnzilais spēcīgi absorbē sarkano gaismu; monomēra absorbcijas maksimums ir aptuveni 664 līdz 666 nm, un molārais absorbcijas koeficients ir ļoti augsts. Šīs absorbcijas joslas dēļ metilēnzilā fotodinamiskās terapijas pētījumos izmanto sarkanās gaismas avotus, parasti aptuveni 630 līdz 680 nm diapazonā. Lampa, kuras starojums ir ārpus šīs joslas, var šķist spilgta, taču gandrīz nemaz nenodrošināt izmantojamu ierosmi. Šīs izvēles pamatā esošās viļņa garuma likumsakarības skaidrotas rakstā kā metilēnzilais absorbē sarkano gaismu.
Absorbcija ir tikai pirmais solis. Ierosinātā krāsviela pāriet ilgāk pastāvošā tripleta stāvoklī, no kura iespējami divi fotoķīmiskie ceļi. I tipa fotoķīmiskajās reakcijās ierosinātā krāsviela apmainās ar elektroniem vai ūdeņraža atomiem ar tuvumā esošajiem substrātiem un rada radikāļus, turpmākajās reakcijās iesaistot arī superoksīdu. II tipa fotoķīmiskajās reakcijās krāsviela tripleta stāvoklī pārnes enerģiju tieši uz skābekli pamatstāvoklī un rada singleta skābekli. Skābekļa klātbūtnē metilēnzilais galvenokārt darbojas kā singleta skābekļa fotosensibilizators; ziņotais kvantu iznākums ūdenī ir aptuveni 0.5, savukārt I tipa reakciju ieguldījums palielinās vai samazinās atkarībā no lokālās vides. 1993. gada pārskatā par metilēnzilā fotoķīmiju ar bioloģiskiem substrātiem aprakstīti abi ceļi un parādīts, kāpēc to līdzsvaru nevar noteikt pēc krāsvielas etiķetes.
Tajā pašā pārskatā nosaukts galvenais nukleīnskābju mērķis. Guanīnam ir zemākais oksidēšanās potenciāls no DNS bāzēm, tāpēc singleta skābeklis to oksidē prioritāri, veidojot tādus produktus kā 8-oksodeoksiguanozīns. Šāda bojājuma rašanās neprasa interkalāciju DNS. Taču pārskatā arī brīdināts, ka DNS nav vienīgais būtiskais faktors. Metilēnzilais oksidē olbaltumvielas, lipīdus un membrānas, un letālo iznākumu noteicošais mērķis katrā eksperimentā ir atkarīgs no krāsvielas lokalizācijas. Tāpēc koncentrācija šķīdumā, kurā atrodas pētāmais objekts, ir vājš devas rādītājs mērķa vietā. Lasītājiem, kuri salīdzina šo gaismas izraisīto ķīmiju ar krāsvielas oksidēšanās–reducēšanās funkcijām tumsā, šie procesi jānošķir, kā skaidrots materiālā par metilēnzilā darbību šūnās.
Sākumsavienojums, nevis optimizētas zāles
Otrs galvenais avots ir 2005. gada pārskats par fenotiazīnija fotosensibilizatoru izstrādi, kurā metilēnzilais aplūkots kā sākumstruktūra ar zināmiem trūkumiem, nevis pilnībā izstrādāts fotosensibilizators. Nelielas struktūras izmaiņas ietekmē lipofilitāti, uzņemšanu šūnās, intracelulāro lokalizāciju, singleta skābekļa veidošanos, toksicitāti tumsā un noturību pret reducēšanos. Piemēram, hromofora metilēšana palielina lipofilitāti un singleta skābekļa veidošanos, kā arī palēnina reducēšanos līdz neaktīvajai leikoformai; pārskata pamatā esošajā pētījumā metilētie analogi uzrādīja augstāku fototoksicitāti pie aptuveni 7.2 J uz kvadrātcentimetru. Tomēr lielāka lipofilitāte automātiski nenozīmē labāku rezultātu, jo pārmērīga hidrofobitāte pasliktina šķīdību, veicina agregāciju un var izmainīt fotoķīmijai nepieciešamo ģeometriju.
Leikoforma ir īpaši jāuzsver, jo tā ir neredzama. Oksidēts metilēnzilais ir zils un absorbē sarkano gaismu. Reducētais leikometilēnzilais ir gandrīz bezkrāsains un tajā pašā joslā absorbē vāji, tāpēc krāsviela, kas reducēta šūnās vai slikti apgādātos ar skābekli audos, līdz atkārtotai oksidēšanai īslaicīgi vairs nepieder fotoaktīvajai daļai. Tādējādi audu oksidēšanās–reducēšanās stāvoklis maina efektīvo fotosensibilizatora koncentrāciju arī tad, ja uzklātā koncentrācija ir nemainīga. Zāļu formu vēsture, tostarp šīs krāsvielu grupas agrīnais klīniskais un laboratoriskais pielietojums, aplūkota rakstā metilēnzilā vēsture medicīnā.
Pētījumu tabula: kas mainās un ko tas nozīmē
Tālāk redzamā tabula ir šim rakstam īpaši veidots salīdzinājums. Katrā rindā ir viens ārstēšanas mainīgais, par kuru pētījumos jāsniedz informācija. Lasiet katru rindu no kreisās uz labo pusi, lai saprastu, kāpēc viena iestatījuma maiņa maina visu pārējo nozīmi.
| Mainīgais | Ko norāda pētījumos | Kāpēc tas maina rezultātu |
|---|---|---|
| Fotosensibilizatora zāļu forma | Brīva krāsviela ūdenī, fizioloģiskajā šķīdumā vai buferšķīdumā; etanola un Cremophor nesējvides pētījumos ar dzīvniekiem; liposomas, polimēru daļiņas vai ciklodekstrīna nesēji eksperimentālos pētījumos | Nesējvide un nesējs maina uzņemšanu, lokalizāciju un spēju šķērsot tādas barjeras kā bioplēves matrica vai audzēja audi |
| Lietotā koncentrācija | Pētījumos par pretmikrobu iedarbību cilvēkiem norādīta aptuveni 0.0003 līdz 0.06 M koncentrācija ar 1 līdz 5 minūšu intervālu starp preparāta lietošanu un apstarošanu; dzīvnieku audzēju pētījumos ir piemēri ar aptuveni 500 mikrogramiem uz mL, ievadot audzējā | Augstāka kopējā koncentrācija var palielināt dimerizāciju ar absorbciju ap 590 nm un samazināt produktīvo monomēra fotoķīmiju, tāpēc koncentrācijas divkāršošana ne vienmēr divkāršo iedarbību |
| Intervāls starp preparāta lietošanu un apstarošanu | Minūtes lokālas pretmikrobu iedarbības pētījumos; audzēju modeļos ilgāks un atkarīgs no nesējvides | Intervāls nosaka, kur krāsviela atrodas apstarošanas brīdī, un tas nosaka galveno bioloģisko mērķi |
| Viļņa garums | Parasti aptuveni 630 līdz 680 nm | Tam jāpārklājas ar monomēra absorbcijas joslu; šķīdumi ar lielu dimēru īpatsvaru maina efektīvo absorbciju |
| Apstarojuma jaudas blīvums | Ziņojumos par pretmikrobu iedarbību cilvēkiem diapazons ir aptuveni 50 līdz 750 mW uz kvadrātcentimetru; dzīvnieku brūču pētījumos bieži 100 mW uz kvadrātcentimetru vai mazāk | Augsts apstarojuma jaudas blīvums var izsmelt lokālo skābekli ātrāk, nekā perfūzija to atjauno, samazinot efektivitāti pie tā paša nominālā enerģijas blīvuma |
| Enerģijas blīvums | Ziņojumos par pretmikrobu iedarbību cilvēkiem diapazons ir aptuveni 6 līdz 18 J uz kvadrātcentimetru 8 sekunžu līdz 10 minūšu laikā; dzīvnieku brūču pētījumos diapazons ir aptuveni 12 līdz 360 J uz kvadrātcentimetru | Kopējā enerģija bez apstarojuma jaudas blīvuma, laika un ģeometrijas ir nepilnīgs devas raksturojums |
| Apgāde ar skābekli | Reti tiek kontrolēta tieši; to secina pēc audu veida, apstarojuma jaudas blīvuma un frakcionēšanas | II tipa fotoķīmiskās reakcijas patērē skābekli, tāpēc vienādi gaismas iestatījumi var radīt atšķirīgu iedarbību labi apasiņotos un hipoksiskos mērķos |
| Mērķis un pētījuma apstākļi | Ādas un brūču infekciju modeļi, mutes dobuma bioplēvju modeļi, karcinomas un melanomas šūnu kultūru sistēmas, peļu audzēji, vēsturiski ziņojumi par ādas audzējiem | Ģeometrija, dziļums, optiskās īpašības un pieļaujamais saimniekorganisma bojājums atšķiras tik ļoti, ka pretmikrobu pētījumu skaitliskās vērtības nekad nevar kvantitatīvi pārnest uz audzēju pētījumiem |
Iepriekš minētie diapazoni ir pētījumos novēroti diapazoni, nevis ieteikts protokols. Šī atšķirība ir tabulas galvenā doma. Ziņoto gaismas devu plašais diapazons pats par sevi liecina, ka nepastāv pārnesama gaismas deva metilēnzilā lietošanai. Saistītais laboratoriskais konteksts par ar gaismu aktivētu iedarbību uz bioplēvēm atrodams rakstā metilēnzilais pret bioplēvēm, bet plašāks ādas un gaismas terapijas konteksts aplūkots materiālā par ādas fotosensitivitāti un gaismas devas pamatiem.
Kāpēc vienādas enerģijas vērtības var radīt atšķirīgu bioloģisko iedarbību
Ikreiz, kad publicētie parametri tiek citēti bez konteksta, atkārtojas četri pārpratumi.
Pirmkārt, enerģijas blīvums nav deva. Divas apstarošanas reizes ar vienādu viļņa garumu un vienādu J uz kvadrātcentimetru vērtību atšķiras, ja viena tiek veikta ātri, bet otra lēni, jo skābekļa izsīkšana, atjaunošanās apstarošanas laikā un krāsvielas fotoizbalēšana ir atkarīga no ātruma un laika. Norādot enerģiju bez apstarojuma jaudas blīvuma un apstarošanas ilguma, eksperiments tiek aprakstīts nepilnīgi.
Otrkārt, audu optiskās īpašības maina lampas iestatījuma nozīmi. Absorbcija, izkliede, virsmas ģeometrija un atpakaļizkliede nozīmē, ka enerģijas blīvums audos var būtiski atšķirties no vērtības, kas izmērīta pie lampas apertūras; saskaņā ar klīniskās dozimetrijas literatūru dažos apstākļos atšķirība var tuvoties divām reizēm. No publikācijas nokopēta vērtība raksturo konkrētā pētījuma ģeometriju, nevis jebkuru ģeometriju.
Treškārt, lokalizācija nosaka mērķi. Katjoniska krāsviela sadalās starp membrānām, mitohondrijiem, lizosomām, baktēriju apvalkiem vai ārpusšūnu matricu atkarībā no zāļu formas, lādiņa, lipofilitātes, intervāla un audiem. 1993. gada fotoķīmijas pārskatā dokumentēti nukleīnskābju, olbaltumvielu, lipīdu, membrānu, organellu, vīrusu, baktēriju, zīdītāju šūnu un audzēju sistēmu bojājumi, un tieši tāpēc viena un tā pati krāsvielas un gaismas kombinācija dažādos eksperimenta apstākļos var izraisīt bojāeju pa atšķirīgiem ceļiem.
Ceturtkārt, skābeklis tiek patērēts. Augsts apstarojuma jaudas blīvums var pārsniegt skābekļa piegādes ātrumu ar difūziju un perfūziju un apstarošanas laikā radīt pārejošu hipoksiju. Kad tas notiek, papildu gaisma rada mazu papildu II tipa iedarbību vai nerada to nemaz. Frakcionēšana un zemāks apstarojuma jaudas blīvums daļēji tiek pētīti kā risinājumi šim ierobežojumam; tāpēc arī drošības robežas un audu apgāde ar skābekli pieder pie klīniskās drošības un uzraudzības standartiem, nevis lampas lietošanas instrukcijas.
Ārsta vadīta procedūra, nevis mājas recepte
Pētītā ārstēšana tiek veikta apstākļos, kuros vienlaikus ir pieejama diagnostika, dozimetrija un uzraudzība. Kādam ir jānosaka, kāds ir bojājums un cik dziļi tas sniedzas, jāizvēlas šim mērķim piemērota zāļu forma un intervāls starp preparāta lietošanu un apstarošanu, jākalibrē gaismas avots noteiktā laukā ar noteiktu ģeometriju un jāuzrauga āda, acis, sāpes un lokālā audu reakcija. Pamatā esošais pārskats par fenotiazīnija fotosensibilizatoru izstrādi visu šo jomu raksturo kā struktūras un aktivitātes sakarību optimizēšanu kontrolētos apstākļos, nevis vienkārši krāsvielas apvienošanu ar jebkādu sarkanu gaismu.
Mēģinot procedūru atdarināt mājās, vienlaikus netiek kontrolēts neviens no šiem mainīgajiem. Patērētājiem paredzētām lampām reti tiek norādīts kalibrēts spektrālais apstarojuma jaudas blīvums procedūras attālumā. Uzklātās krāsvielas koncentrācija neko nepasaka par monomēra īpatsvaru vai intracelulāro lokalizāciju. Audu apgāde ar skābekli nav zināma un apstarošanas laikā mainās. Neviens no citētajiem diapazoniem nepamato mājas protokolu, un šajā rakstā apzināti nav sniegta izmantojama recepte. Lasītājiem, kuri vērtē pierādījumu vispārējo kvalitāti, pirms secinājumu izdarīšanas no atsevišķas publikācijas vajadzētu izmantot rakstu kā lasīt metilēnzilā pētījumu, savukārt tiem, kurus interesē tikai gaismas izmantošana bez fotosensibilizatora, jāsāk ar rakstu sarkanās gaismas terapija bez fotosensibilizatora.
Ko šis raksts nepierāda
Tas nepierāda, ka metilēnzilā fotodinamiskā terapija izārstē kādu ādas slimību, novērš kādu infekciju vai ārstē kādu audzēju. Šeit citētajos mehānismu pārskatos tika mērīta fotoķīmiskā iedarbība un salīdzinātas krāsvielu struktūras; tajos netika noteikta klīniskai lietošanai paredzēta koncentrācija vai enerģijas blīvums. Iepriekš citētie parametru diapazoni nāk no neviendabīgiem ziņojumiem par cilvēkiem un dzīvnieku modeļiem ar atšķirīgiem mērķiem, dziļumiem, zāļu formām un vērtētajiem iznākumiem, un tos nevar pārvērst norādījumos, aprēķinot vidējās vērtības. Audzējiem specifiskie pierādījumi, tostarp agrīno klīnisko ziņojumu ierobežojumi par bazālo šūnu karcinomu, Kapoši sarkomu un melanomu, tiek izvērtēti atsevišķi vēža pētniecības materiālu apkopojumā. Jautājumi par laboratorijas kvalitātes materiāla tīrību un iegādi ir neatkarīgi no ārstēšanas un aplūkoti rakstā kā izvēlēties metilēnzilā produktu.