Terapi Fotodinamik Metilena Biru: Bagaimana Rawatan Dikaji

Terapi fotodinamik dengan metilena biru kedengaran seperti proses dua langkah. Sapukan pewarna biru, kemudian suluhkan cahaya merah. Gambaran ini salah dan menjadi punca kebanyakan kekeliruan tentang rawatan ini. Prosedur yang dikaji mempunyai tiga komponen yang mesti hadir di tempat yang sama pada masa yang sama: pemeka cahaya dalam bentuknya yang menyerap cahaya, foton dengan panjang gelombang yang sesuai pada dos yang diukur, dan oksigen molekul untuk menerima tenaga yang dipindahkan. Jika mana-mana satu komponen dikeluarkan, tiada mekanisme yang menyokong kesan yang didakwa.

Artikel ini menerangkan cara penyelidik menghuraikan sistem tiga komponen tersebut, parameter yang mereka kawal, dan sebab panjang gelombang serta nilai tenaga yang diterbitkan tidak boleh dijadikan prosedur di rumah. Hasil berkaitan kanser dibincangkan dalam ulasan penyelidikan metilena biru dan kanser yang berasingan, manakala aplikasi pergigian dihimpunkan dalam penyelidikan fotodinamik mulut dan pergigian. Kedua-duanya tidak diulang di sini.

Pewarna ini ialah pemeka cahaya, bukan sekadar bahan pewarnaan

Metilena biru menyerap cahaya merah dengan kuat, dengan puncak monomer berhampiran 664 hingga 666 nm dan daya serap molar yang sangat tinggi. Jalur penyerapan itu menjadi sebab kajian terapi fotodinamik dengan metilena biru menggunakan sumber cahaya merah, lazimnya dalam julat kira-kira 630 hingga 680 nm. Lampu di luar jalur itu mungkin kelihatan terang tetapi hampir tidak memberikan pengujaan yang boleh digunakan. Prinsip panjang gelombang di sebalik pilihan itu diterangkan dalam bagaimana metilena biru menyerap cahaya merah.

Penyerapan hanyalah langkah pertama. Pewarna yang teruja beralih ke keadaan triplet yang bertahan lebih lama, dan dari situ terdapat dua laluan fotokimia. Dalam kimia Jenis I, pewarna teruja bertukar elektron atau atom hidrogen dengan substrat berdekatan dan menghasilkan radikal, termasuk tindak balas susulan yang melibatkan superoksida. Dalam kimia Jenis II, pewarna dalam keadaan triplet memindahkan tenaga secara langsung kepada oksigen dalam keadaan asas dan menghasilkan oksigen singlet. Dalam keadaan beroksigen, metilena biru bertindak terutamanya sebagai pemeka oksigen singlet, dengan hasil kuantum yang dilaporkan hampir 0.5 dalam air, manakala sumbangan Jenis I meningkat atau menurun mengikut persekitaran setempat. Ulasan tahun 1993 tentang fotokimia metilena biru dengan substrat biologi memetakan kedua-dua laluan dan menunjukkan sebab keseimbangannya tidak boleh ditentukan hanya daripada label pewarna.

Ulasan yang sama mengenal pasti sasaran utama dalam asid nukleik. Guanina mempunyai potensi pengoksidaan paling rendah antara bes DNA, maka oksigen singlet lebih cenderung mengoksidakannya, lalu membentuk produk seperti 8-okso-deoksiguanosina. Interkalasi ke dalam DNA tidak diperlukan untuk kerosakan itu berlaku. Namun, ulasan tersebut turut mengingatkan agar DNA tidak dianggap sebagai keseluruhan penjelasan. Metilena biru mengoksidakan protein, lipid dan membran, dan sasaran yang membawa maut dalam sesuatu eksperimen bergantung pada tempat pewarna itu berada. Oleh itu, kepekatan dalam larutan rendaman ialah petunjuk yang lemah bagi dos pada sasaran. Pembaca yang membandingkan kimia yang dipacu cahaya ini dengan peranan redoks pewarna tanpa cahaya perlu membezakan kedua-duanya, seperti yang dihuraikan dalam penerangan tentang cara metilena biru berfungsi dalam sel.

Sebatian peneraju, bukan ubat yang telah dioptimumkan

Sumber rujukan utama kedua ialah ulasan tahun 2005 tentang pembangunan pemeka cahaya fenotiazinium, yang menganggap metilena biru sebagai struktur peneraju dengan kelemahan yang diketahui, bukannya pemeka cahaya yang telah siap dibangunkan. Perubahan kecil pada struktur mengubah lipofilisiti, pengambilan oleh sel, penyetempatan intrasel, penghasilan oksigen singlet, ketoksikan tanpa cahaya dan rintangan terhadap penurunan. Sebagai contoh, pemetilan kromofor meningkatkan lipofilisiti dan penghasilan oksigen singlet serta memperlahankan penurunan kepada bentuk leuko yang tidak aktif, dan analog termetil menunjukkan fotoketoksikan lebih tinggi pada kira-kira 7.2 J per square cm dalam kajian yang dirujuk. Lipofilisiti yang lebih tinggi masih tidak semestinya lebih baik, kerana sifat hidrofobik yang berlebihan menjejaskan keterlarutan, menggalakkan pengagregatan dan boleh mengubah geometri yang diperlukan oleh fotokimia.

Perkara tentang bentuk leuko perlu diberi penekanan kerana perubahan itu tidak kelihatan. Metilena biru teroksida berwarna biru dan menyerap cahaya merah. Leuko-metilena biru yang terturun hampir tidak berwarna dan menyerap dengan lemah dalam jalur yang sama, maka pewarna yang telah mengalami penurunan di dalam sel atau dalam tisu yang kekurangan oksigen tersingkir sementara daripada kumpulan fotoaktif sehingga dioksidakan semula. Oleh itu, keadaan redoks tisu mengubah kepekatan pemeka cahaya yang berkesan walaupun kepekatan yang digunakan adalah tetap. Sejarah formulasi, termasuk kegunaan awal keluarga pewarna ini dalam klinik dan makmal, dibincangkan dalam sejarah metilena biru dalam perubatan.

Jadual kajian: perkara yang berubah dan maknanya

Jadual di bawah ialah bahan perbandingan asal untuk artikel ini. Setiap baris mewakili satu pemboleh ubah rawatan yang mesti dilaporkan dalam kajian. Baca merentas setiap baris untuk memahami sebab perubahan satu tetapan mengubah makna semua tetapan yang lain.

Pemboleh ubah	Perkara yang dilaporkan oleh kajian	Sebab ia mengubah hasil
Formulasi pemeka cahaya	Pewarna bebas dalam air, larutan garam atau penimbal; medium etanol dan Cremophor dalam kajian haiwan; liposom, zarah polimer atau pembawa siklodekstrin dalam kajian eksperimen	Medium dan pembawa mengubah pengambilan, penyetempatan dan penembusan melalui penghalang seperti matriks biofilem atau tisu tumor
Kepekatan yang digunakan	Kajian antimikrob pada manusia melaporkan kira-kira 0.0003 hingga 0.06 M dengan selang ubat–cahaya 1 hingga 5 minit; kajian tumor pada haiwan merangkumi contoh hampir 500 micrograms per mL yang diberikan secara intratumor	Kepekatan keseluruhan yang lebih tinggi boleh meningkatkan pembentukan dimer berhampiran 590 nm dan mengurangkan fotokimia monomer yang produktif, maka menggandakan kepekatan tidak semestinya menggandakan kesan
Selang ubat–cahaya	Beberapa minit dalam tatacara antimikrob topikal; lebih lama dan bergantung pada medium dalam model tumor	Selang ini menentukan lokasi pewarna apabila cahaya tiba, yang seterusnya menentukan sasaran biologi utama
Panjang gelombang	Biasanya kira-kira 630 hingga 680 nm	Mesti bertindih dengan jalur penyerapan monomer; larutan yang kaya dengan dimer mengalihkan penyerapan berkesan
Iradians	Laporan antimikrob pada manusia merangkumi kira-kira 50 hingga 750 mW per square cm; kajian luka pada haiwan lazimnya pada atau di bawah 100 mW per square cm	Iradians tinggi boleh menghabiskan oksigen setempat lebih cepat daripada penggantiannya melalui perfusi, lalu mengurangkan kecekapan pada fluens nominal yang sama
Fluens	Laporan antimikrob pada manusia merangkumi kira-kira 6 hingga 18 J per square cm sepanjang 8 saat hingga 10 minit; kajian luka pada haiwan merangkumi kira-kira 12 hingga 360 J per square cm	Jumlah tenaga tanpa iradians, masa dan geometri ialah dos yang tidak lengkap
Pengoksigenan	Jarang dikawal secara langsung; disimpulkan daripada jenis tisu, kadar fluens dan pemfraksian	Kimia Jenis II menggunakan oksigen, maka tetapan cahaya yang sama boleh memberikan kesan berbeza pada sasaran dengan perfusi yang baik berbanding sasaran hipoksik
Sasaran dan keadaan kajian	Model jangkitan kulit dan luka, model biofilem mulut, sistem kultur karsinoma dan melanoma, tumor pada mencit, laporan terdahulu tentang tumor kulit	Geometri, kedalaman, sifat optik dan kerosakan pada hos yang boleh diterima sangat berbeza sehingga nilai antimikrob tidak boleh digunakan secara kuantitatif dalam kajian tumor

Julat di atas ialah julat yang diperhatikan dalam kajian, bukan protokol yang disyorkan. Perbezaan itulah tujuan jadual ini. Luasnya julat dos cahaya yang dilaporkan merupakan bukti bahawa tiada dos cahaya metilena biru yang boleh dipindahkan antara keadaan yang berbeza. Konteks makmal berkaitan kajian biofilem yang diaktifkan cahaya terdapat dalam metilena biru terhadap biofilem, manakala latar belakang yang lebih luas tentang terapi kulit dan cahaya dibincangkan dalam asas kepekaan kulit terhadap cahaya dan dos cahaya.

Mengapa nilai tenaga yang sama boleh memberikan tindak balas biologi berbeza

Empat kekeliruan sering berulang apabila parameter yang diterbitkan dipetik tanpa konteksnya.

Pertama, fluens bukan dos. Dua pendedahan pada panjang gelombang yang sama dan nilai J per square cm yang sama akan berbeza jika satu diberikan dengan cepat dan satu lagi secara perlahan, kerana kehabisan oksigen, pembaikan semasa pendedahan dan pelunturan foto pewarna semuanya bergantung pada kadar dan masa. Pelaporan tenaga tanpa iradians dan tempoh pendedahan menyebabkan eksperimen tidak dihuraikan dengan cukup lengkap.

Kedua, sifat optik tisu mengubah makna tetapan lampu. Penyerapan, penyerakan, geometri permukaan dan serakan balik bermakna fluens di dalam tisu boleh berbeza dengan ketara daripada nilai yang diukur pada apertur lampu, dalam sesetengah keadaan dengan faktor yang menghampiri dua menurut literatur dosimetri klinikal. Nilai yang disalin daripada sesuatu makalah menerangkan geometri dalam makalah itu, bukan semua geometri.

Ketiga, penyetempatan menentukan sasaran. Pewarna kationik teragih ke dalam membran, mitokondria, lisosom, sampul bakteria atau matriks ekstrasel bergantung pada formulasi, cas, lipofilisiti, selang masa dan tisu. Ulasan fotokimia tahun 1993 mendokumentasikan kerosakan pada asid nukleik, protein, lipid, membran, organel, virus, bakteria, sel mamalia dan sistem tumor. Inilah sebabnya gabungan pewarna dan cahaya yang sama boleh membunuh melalui laluan berbeza dalam tatacara yang berbeza.

Keempat, oksigen ialah bahan yang boleh habis digunakan. Kadar fluens yang tinggi boleh melebihi kadar bekalan semula melalui resapan dan perfusi, lalu menyebabkan hipoksia sementara semasa pendedahan. Apabila ini berlaku, penambahan cahaya hanya menambah sedikit kesan Jenis II atau tidak menambahnya langsung. Pemfraksian dan iradians yang lebih rendah dikaji antara lain sebagai penyelesaian kepada kekangan ini. Ini juga menjelaskan sebab margin keselamatan dan pengoksigenan tisu perlu terangkum dalam piawaian keselamatan serta penyeliaan klinikal, bukannya dalam manual lampu.

Prosedur yang dikendalikan oleh doktor, bukan resipi untuk kegunaan di rumah

Rawatan yang dikaji dijalankan dalam persekitaran yang menyediakan diagnosis, dosimetri dan penyeliaan bersama-sama. Seseorang mesti mengesahkan jenis lesi dan kedalamannya, memilih formulasi serta selang ubat–cahaya yang sepadan dengan sasaran itu, menentukur sumber cahaya pada kawasan dan geometri yang ditetapkan, serta memantau kulit, mata, kesakitan dan tindak balas tisu setempat. Ulasan pembangunan fenotiazinium yang menjadi asas perbincangan ini membingkaikan keseluruhan bidang sebagai pengoptimuman hubungan struktur–aktiviti dalam keadaan terkawal, bukannya sebagai gabungan pewarna dan cahaya merah generik.

Percubaan menirunya di rumah gagal mengawal semua pemboleh ubah ini serentak. Lampu pengguna jarang melaporkan iradians spektrum yang ditentukur pada jarak rawatan. Kepekatan pewarna yang digunakan tidak memberikan maklumat tentang pecahan monomer atau penyetempatan intrasel. Pengoksigenan tisu tidak diketahui dan berubah semasa pendedahan. Tiada satu pun julat yang dipetik membenarkan protokol di rumah, dan artikel ini sengaja tidak memberikan resipi yang boleh digunakan. Pembaca yang menilai mutu bukti secara umum patut merujuk cara membaca kajian metilena biru sebelum membuat kesimpulan daripada mana-mana makalah tunggal, manakala pembaca yang ingin tahu tentang pendekatan cahaya sahaja tanpa pemeka cahaya patut bermula dengan terapi cahaya merah tanpa pemeka cahaya.

Perkara yang tidak dibuktikan oleh artikel ini

Artikel ini tidak membuktikan bahawa terapi fotodinamik metilena biru menyembuhkan sebarang keadaan kulit, menghapuskan sebarang jangkitan atau merawat sebarang tumor. Ulasan mekanistik yang dipetik di sini mengukur fotokimia dan membandingkan struktur pewarna; ulasan tersebut tidak menetapkan kepekatan atau fluens klinikal. Julat parameter yang dipetik di atas berasal daripada laporan manusia dan model haiwan yang pelbagai, dengan sasaran, kedalaman, formulasi dan titik akhir yang berbeza, dan tidak boleh dipuratakan untuk dijadikan panduan. Bukti khusus tumor, termasuk batasan laporan klinikal awal tentang karsinoma sel basal, sarkoma Kaposi dan melanoma, dinilai secara berasingan dalam koleksi penyelidikan kanser. Persoalan ketulenan dan sumber bahan gred makmal merupakan isu yang berasingan daripada rawatan dan dibincangkan dalam cara memilih produk metilena biru.