Фотодинамичка терапија со метиленско сино: како се проучува третманот

Фотодинамичката терапија со метиленско сино звучи како постапка во два чекора. Нанесете сина боја, насочете црвена светлина. Таквата претстава е погрешна и е изворот на најголемиот дел од забуната околу овој третман. Проучуваната постапка има три компоненти што мора да бидат присутни на истото место во исто време: фотосензибилизатор во форма што апсорбира светлина, фотони со соодветна бранова должина и измерена доза, и молекуларен кислород што ја прима пренесената енергија. Ако се отстрани која било од овие компоненти, нема механизам за наведениот ефект.

Оваа статија објаснува како истражувачите го опишуваат тој систем од три компоненти, кои параметри ги контролираат и зошто објавените вредности за бранова должина и енергија не можат да се претворат во домашна постапка. Исходите кај рак се опфатени во посебен преглед на истражувањата за метиленското сино и ракот, а стоматолошките примени се собрани во истражувањата за орална и стоматолошка фотодинамика. Ниту една од овие теми не се повторува тука.

Бојата е фотосензибилизатор, а не средство за боење

Метиленското сино силно апсорбира црвена светлина, со максимум на мономерната апсорпција околу 664 до 666 nm и многу висока моларна апсорптивност. Токму поради таа апсорпциона лента, студиите за фотодинамичка терапија со метиленско сино користат извори на црвена светлина, обично во опсег од околу 630 до 680 nm. Лампа надвор од таа лента може да изгледа светла, а да обезбедува речиси никаква употреблива ексцитација. Правилата за брановата должина што стојат зад тој избор се објаснети во како метиленското сино апсорбира црвена светлина.

Апсорпцијата е само првиот чекор. Ексцитираната боја преминува во триплетна состојба со подолг животен век, од која се можни два фотохемиски патишта. Во хемијата од тип I, ексцитираната боја разменува електрони или водородни атоми со околните супстрати и создава радикали, вклучително и последователни реакции со супероксид. Во хемијата од тип II, бојата во триплетна состојба ја пренесува енергијата директно на кислородот во основна состојба и создава синглетен кислород. Во услови со присутен кислород, метиленското сино дејствува претежно како сензибилизатор за синглетен кислород, со пријавен квантен принос од околу 0.5 во вода, додека придонесот на тип I се зголемува или намалува во зависност од локалната средина. Прегледот од 1993 за фотохемијата на метиленското сино со биолошки супстрати ги прикажува двата патишта и објаснува зошто нивниот сооднос не може да се утврди од етикетата на бојата.

Истиот преглед ја наведува главната цел меѓу нуклеинските киселини. Гванинот има најнизок оксидациски потенцијал меѓу базите на ДНК, па синглетниот кислород првенствено го оксидира него, создавајќи производи како 8-оксо-деоксигванозин. За тоа оштетување не е потребна интеркалација во ДНК. Но прегледот предупредува и дека ДНК не треба да се смета за единствената важна цел. Метиленското сино ги оксидира протеините, липидите и мембраните, а целта чие оштетување доведува до смрт во даден експеримент зависи од тоа каде се локализира бојата. Затоа концентрацијата во растворот во кој е потопен примерокот е слаб посреден показател за дозата на целното место. Читателите што ја споредуваат оваа хемија поттикната од светлина со редокс-улогите на бојата во отсуство на светлина треба да ги разграничат двете, како што е објаснето во тоа како метиленското сино дејствува во клетките.

Почетно соединение за развој, а не оптимизиран лек

Вториот клучен извор е прегледот од 2005 за развојот на фенотиазиниумски фотосензибилизатори, кој го разгледува метиленското сино како почетна структура со познати слабости, а не како целосно развиен фотосензибилизатор. Малите структурни промени ги менуваат липофилноста, навлегувањето во клетките, внатреклеточната локализација, создавањето синглетен кислород, токсичноста во отсуство на светлина и отпорноста кон редукција. Метилацијата на хромофорот, на пример, ги зголемува липофилноста и создавањето синглетен кислород и ја забавува редукцијата до неактивната леуко-форма, а метилираните аналози покажале повисока фототоксичност при околу 7.2 J на квадратен cm во истражувањето на кое се темели прегледот. Поголемата липофилност сепак не е автоматски подобра, бидејќи прекумерната хидрофобност ја намалува растворливоста, поттикнува агрегација и може да ја наруши геометријата потребна за фотохемијата.

Леуко-формата заслужува посебно внимание бидејќи е невидлива. Оксидираното метиленско сино е сино и апсорбира црвена светлина. Редуцираното леуко-метиленско сино е речиси безбојно и слабо апсорбира во истата лента, па бојата што се редуцирала во клетките или во ткиво со слаба оксигенација привремено излегува од фотоактивниот фонд сè до повторната оксидација. Затоа редокс-состојбата на ткивото ја менува ефективната концентрација на фотосензибилизаторот дури и кога нанесената концентрација е фиксна. Историјата на формулациите, вклучително и раните клинички и лабораториски примени на оваа фамилија бои, е опфатена во историјата на метиленското сино во медицината.

Табела на студиите: што варира и што значи тоа

Табелата подолу е оригиналниот споредбен приказ за оваа статија. Секој ред претставува една променлива на третманот што студиите мора да ја пријават. Читајте го секој ред за да видите зошто менувањето на еден параметар го менува значењето на сите други.

Променлива	Што пријавуваат студиите	Зошто го менува исходот
Формулација на фотосензибилизаторот	Слободна боја во вода, физиолошки раствор или пуфер; етанол и Cremophor како средства за пренос во истражувања на животни; липозоми, полимерни честички или циклодекстрински носачи во експериментални истражувања	Средството за пренос и носачот ги менуваат навлегувањето, локализацијата и продирањето низ бариери како матриксот на биофилмот или туморското ткиво
Нанесена концентрација	Антимикробните студии кај луѓе пријавуваат приближно 0.0003 до 0.06 M со интервали од 1 до 5 минути меѓу нанесувањето на препаратот и осветлувањето; истражувањата на тумори кај животни вклучуваат примери со околу 500 микрограми на mL интратуморално	Повисоката концентрација во растворот може да ја зголеми димеризацијата околу 590 nm и да ја намали продуктивната мономерна фотохемија, па удвојувањето на концентрацијата не мора да го удвои ефектот
Интервал меѓу нанесувањето на препаратот и осветлувањето	Минути во поставки за локално антимикробно дејство; подолг и зависен од средството за пренос во туморски модели	Интервалот одредува каде се наоѓа бојата кога ќе пристигне светлината, што ја одредува доминантната биолошка цел
Бранова должина	Обично околу 630 до 680 nm	Мора да се преклопува со апсорпционата лента на мономерот; растворите богати со димери ја поместуваат ефективната апсорпција
Ирадијанса	Антимикробните извештаи кај луѓе опфаќаат околу 50 до 750 mW на квадратен cm; студиите на рани кај животни најчесто користат 100 mW на квадратен cm или помалку	Високата ирадијанса може да го исцрпи локалниот кислород побрзо отколку што перфузијата го надополнува, што ја намалува ефикасноста при иста номинална флуенца
Флуенца	Антимикробните извештаи кај луѓе опфаќаат околу 6 до 18 J на квадратен cm во текот на 8 секунди до 10 минути; студиите на рани кај животни опфаќаат околу 12 до 360 J на квадратен cm	Вкупната енергија без ирадијансата, времето и геометријата е нецелосен опис на дозата
Оксигенација	Ретко се контролира директно; се проценува според видот на ткивото, стапката на флуенца и фракционирањето	Хемијата од тип II троши кислород, па идентични светлосни параметри можат да дадат различни ефекти кај добро перфундирани наспроти хипоксични цели
Цел и поставка	Модели на инфекции на кожа и рани, модели на орален биофилм, системи со карциномски и меланомски клеточни култури, тумори кај глувци, историски извештаи за кожни тумори	Геометријата, длабочината, оптичките својства и прифатливото оштетување на ткивото на домаќинот се разликуваат толку многу што антимикробните вредности никогаш не се пренесуваат квантитативно во истражувањата на тумори

Наведените опсези се опсези забележани во студии, а не препорачан протокол. Токму таа разлика е поентата на табелата. Широкиот распон на пријавените светлосни дози самиот по себе е доказ дека не постои пренослива доза на светлина за метиленско сино. Поврзаниот лабораториски контекст за истражувањата на биофилмови со светлосна активација е претставен во метиленско сино против биофилмови, а пошироката основа за кожата и светлосната терапија е опфатена во основите на фотосензитивноста на кожата и дозата на светлина.

Зошто идентични енергетски вредности можат да дадат различни биолошки ефекти

Четири забуни постојано се повторуваат кога објавените параметри се цитираат без нивниот контекст.

Прво, флуенцата не е доза. Две изложувања со иста бранова должина и исти J на квадратен cm се разликуваат ако едното се испорачува брзо, а другото бавно, бидејќи исцрпувањето на кислородот, поправката за време на изложувањето и фотоизбелувањето на бојата зависат од стапката и времето. Пријавувањето на енергијата без ирадијансата и времетраењето на изложувањето го остава експериментот недоволно опишан.

Второ, оптичките својства на ткивото ја менуваат вредноста зададена на лампата. Апсорпцијата, расејувањето, површинската геометрија и повратното расејување значат дека флуенцата во ткивото може значително да се разликува од вредноста измерена на отворот на лампата, во некои околности со фактори што се приближуваат до два, според литературата за клиничка дозиметрија. Вредност копирана од труд ја опишува геометријата во тој труд, а не секоја геометрија.

Трето, локализацијата ја одредува целта. Катјонската боја се распределува во мембраните, митохондриите, лизозомите, бактериските обвивки или вонклеточниот матрикс во зависност од формулацијата, полнежот, липофилноста, интервалот и ткивото. Прегледот на фотохемијата од 1993 документира оштетувања на нуклеински киселини, протеини, липиди, мембрани, органели, вируси, бактерии, клетки на цицачи и туморски системи, што е токму причината поради која истата комбинација на боја и светлина може да предизвика смрт преку различни патишта во различни поставки.

Четврто, кислородот се троши. Високите стапки на флуенца можат да го надминат надополнувањето преку дифузија и перфузија и да создадат минлива хипоксија во текот на изложувањето. Кога тоа се случува, додавањето повеќе светлина носи мал или никаков дополнителен ефект од тип II. Фракционирањето и пониската ирадијанса се проучуваат делумно како одговори на ова ограничување, што е и причината зошто безбедносните маргини и оксигенацијата на ткивото припаѓаат во стандардите за клиничка безбедност и надзор, а не во упатството за лампа.

Постапка водена од клиничар, а не домашен рецепт

Проучуваниот третман се спроведува таму каде што се обезбедени дијагностика, дозиметрија и надзор. Некој мора да потврди што претставува лезијата и до која длабочина се протега, да избере формулација и интервал меѓу нанесувањето на препаратот и осветлувањето соодветни за таа цел, да го калибрира изворот на дефинирано поле со дефинирана геометрија и да ги следи кожата, очите, болката и локалниот одговор на ткивото. Основниот преглед за развојот на фенотиазиниумските соединенија ја поставува целата област како оптимизација на односот меѓу структурата и активноста во контролирани услови, а не како боја плус каква било црвена светлина.

Домашното имитирање потфрла кај сите контролирани променливи одеднаш. Лампите за широка потрошувачка ретко имаат податоци за калибрирана спектрална ирадијанса на растојанието на третманот. Концентрацијата на нанесената боја не кажува ништо за мономерниот удел или за внатреклеточната локализација. Оксигенацијата на ткивото е непозната и се менува за време на изложувањето. Ниту еден од цитираните опсези не оправдува домашен протокол, а оваа статија намерно не дава употреблив рецепт. Читателите што го оценуваат општиот квалитет на доказите треба да го користат водичот како да читате студија за метиленско сино пред да извлечат заклучоци од кој било поединечен труд, а читателите што ги интересираат пристапи само со светлина, без фотосензибилизатор, треба да започнат со терапија со црвена светлина без фотосензибилизатор.

Што не утврдува оваа статија

Таа не утврдува дека фотодинамичката терапија со метиленско сино излекува каква било кожна состојба, отстранува каква било инфекција или лекува каков било тумор. Прегледите на механизмите цитирани тука ја мереле фотохемијата и ги споредувале структурите на боите; не пропишале клиничка концентрација или флуенца. Параметарските опсези наведени погоре потекнуваат од хетерогени извештаи кај луѓе и животински модели со различни цели, длабочини, формулации и крајни исходи и не можат да се усреднат во насоки. Доказите специфични за тумори, вклучително и ограничувањата на раните клинички извештаи за базоцелуларен карцином, Капошиев сарком и меланом, се оценуваат одделно во збирката истражувања за рак. Прашањата за чистотата и набавката на материјал со лабораториски квалитет се одделни од третманот и се обработени во како да изберете производ со метиленско сино.