Fotodynamisk terapi med metylenblått: hvordan behandlingen studeres

Fotodynamisk terapi med metylenblått høres ut som to trinn. Påfør blått fargestoff, og belys med rødt lys. Denne forestillingen er feil, og den er kilden til mye av forvirringen rundt behandlingen. Prosedyren som studeres, har tre deler som må være til stede på samme sted og til samme tid: en fotosensibilisator i sin lysabsorberende form, fotoner med en egnet bølgelengde og en målt dose, og molekylært oksygen som kan motta den overførte energien. Fjern én av delene, og den påståtte effekten mangler en mekanisme.

Denne artikkelen forklarer hvordan forskere beskriver dette tredelte systemet, hvilke parametere de kontrollerer, og hvorfor en publisert bølgelengde og energiverdi ikke kan omgjøres til en hjemmeprosedyre. Resultater knyttet til kreft hører hjemme i en egen gjennomgang av metylenblått og kreftforskning, og anvendelser innen tannbehandling er samlet i fotodynamisk forskning på munnhule og tenner. Ingen av disse temaene gjentas her.

Fargestoffet er en fotosensibilisator, ikke et middel for farging

Metylenblått absorberer rødt lys kraftig, med en absorpsjonstopp for monomeren nær 664 til 666 nm og svært høy molar absorptivitet. Dette absorpsjonsbåndet er grunnen til at studier av fotodynamisk terapi med metylenblått bruker røde lyskilder, vanligvis i området omtrent 630 til 680 nm. En lampe utenfor dette båndet kan virke lyssterk, men likevel gi nesten ingen brukbar eksitasjon. Bølgelengdeprinsippene bak dette valget forklares i hvordan metylenblått absorberer rødt lys.

Absorpsjon er bare det første trinnet. Det eksiterte fargestoffet går over til en triplettilstand med lengre levetid, og derfra er to fotokjemiske reaksjonsveier tilgjengelige. I type I-kjemi utveksler det eksiterte fargestoffet elektroner eller hydrogenatomer med nærliggende substrater og produserer radikaler, med blant annet superoksidreaksjoner i senere trinn. I type II-kjemi overfører fargestoffet i triplettilstand energi direkte til oksygen i grunntilstanden og produserer singlettoksygen. Under oksygenrike forhold virker metylenblått hovedsakelig som en sensibilisator for singlettoksygen, med et rapportert kvanteutbytte nær 0.5 i vann, mens bidragene fra type I øker eller avtar med det lokale miljøet. Gjennomgangen fra 1993 av metylenblåtts fotokjemi med biologiske substrater kartlegger begge reaksjonsveiene og viser hvorfor balansen ikke kan leses av etiketten på fargestoffet.

Den samme gjennomgangen identifiserer det viktigste målet blant nukleinsyrene. Guanin har det laveste oksidasjonspotensialet blant DNA-basene, så singlettoksygen oksiderer det fortrinnsvis og danner produkter som 8-okso-deoksyguanosin. Interkalering i DNA er ikke nødvendig for denne skaden. Gjennomgangen advarer imidlertid også mot å betrakte DNA som hele forklaringen. Metylenblått oksiderer proteiner, lipider og membraner, og hvilket mål som fører til celledød i et gitt forsøk, avhenger av hvor fargestoffet lokaliseres. Konsentrasjonen i løsningen som omgir vevet eller cellene, er derfor et svakt indirekte mål på dosen ved målstedet. Lesere som sammenligner denne lysdrevne kjemien med fargestoffets redoksroller uten lys, bør holde de to atskilt, slik det beskrives i hvordan metylenblått virker i celler.

En utgangsforbindelse, ikke et optimalisert legemiddel

Den andre sentrale kilden er gjennomgangen fra 2005 av utviklingen av fenotiaziniumfotosensibilisatorer, som behandler metylenblått som en utgangsstruktur med kjente svakheter, ikke som en ferdigutviklet fotosensibilisator. Små strukturelle endringer påvirker lipofilisitet, celleopptak, intracellulær lokalisering, produksjon av singlettoksygen, toksisitet uten lys og motstand mot reduksjon. Metylering av kromoforen øker for eksempel lipofilisiteten og dannelsen av singlettoksygen og bremser reduksjonen til den inaktive leukoformen. Metylerte analoger viste høyere fototoksisitet ved omtrent 7.2 J per kvadrat-cm i det underliggende arbeidet. Økt lipofilisitet er likevel ikke automatisk bedre, fordi for høy hydrofobisitet svekker løseligheten, fremmer aggregering og kan forvrenge geometrien som fotokjemien krever.

Poenget om leukoformen fortjener særlig oppmerksomhet fordi endringen er usynlig. Oksidert metylenblått er blått og absorberer rødt lys. Redusert leuko-metylenblått er nesten fargeløst og absorberer svakt i det samme båndet. Fargestoff som er blitt redusert inne i celler eller i vev med dårlig oksygentilførsel, er derfor midlertidig ute av den fotoaktive fraksjonen til det oksideres igjen. Vevets redokstilstand endrer dermed den effektive konsentrasjonen av fotosensibilisator, selv når den påførte konsentrasjonen er uendret. Formuleringshistorien, inkludert tidlig klinisk bruk og laboratoriebruk av denne fargestoffamilien, omtales i metylenblåtts historie i medisinen.

Studietabellen: hva som varierer, og hva det betyr

Tabellen nedenfor er den originale sammenstillingen for denne artikkelen. Hver rad viser én behandlingsvariabel som studier må rapportere. Les på tvers for å se hvorfor en endring i én innstilling endrer betydningen av alle de andre.

Intervallene ovenfor er observerte studieintervaller, ikke en anbefalt protokoll. Dette skillet er poenget med tabellen. Det store spennet i rapporterte lysdoser er i seg selv belegg for at det ikke finnes en overførbar lysdose for metylenblått. Relatert laboratoriekontekst for lysaktivert arbeid med biofilm finnes i metylenblått mot biofilmer, og bredere bakgrunn om hud og lysterapi finnes i grunnleggende informasjon om hudens lysfølsomhet og lysdose.

Hvorfor identiske energiverdier kan gi ulike biologiske virkninger

Fire misforståelser går igjen når publiserte parametere siteres uten konteksten sin.

For det første er fluens ikke det samme som dose. To eksponeringer ved samme bølgelengde og med samme J per kvadrat-cm er forskjellige dersom den ene gis raskt og den andre langsomt, fordi oksygenforbruk, reparasjon under eksponeringen og fotobleking av fargestoffet alle avhenger av hastighet og tid. Når energi rapporteres uten irradians og eksponeringstid, er forsøket utilstrekkelig beskrevet.

For det andre endrer vevets optikk betydningen av lampeinnstillingen. Absorpsjon, spredning, overflategeometri og tilbakespredning gjør at fluensen inne i vevet kan avvike vesentlig fra verdien som måles ved lampens åpning. Ifølge litteraturen om klinisk dosimetri kan forskjellen under visse omstendigheter nærme seg en faktor på to. Et tall kopiert fra en artikkel beskriver geometrien i den artikkelen, ikke enhver geometri.

For det tredje avgjør lokaliseringen hva som blir målet. Et kationisk fargestoff fordeler seg i membraner, mitokondrier, lysosomer, bakterielle cellehylstre eller ekstracellulær matriks avhengig av formulering, ladning, lipofilisitet, tidsintervall og vev. Fotokjemigjennomgangen fra 1993 dokumenterer skader på nukleinsyrer, proteiner, lipider, membraner, organeller, virus, bakterier, pattedyrceller og svulstsystemer. Det er nettopp derfor den samme kombinasjonen av fargestoff og lys kan føre til celledød via ulike mekanismer i ulike oppsett.

For det fjerde er oksygen en ressurs som forbrukes. Høye fluensrater kan overstige tilførselen gjennom diffusjon og perfusjon og skape forbigående hypoksi under eksponeringen. Når det skjer, gir mer lys liten eller ingen ytterligere type II-effekt. Fraksjonering og lavere irradians studeres delvis som svar på denne begrensningen. Det er også derfor sikkerhetsmarginer og vevets oksygenering hører hjemme i standarder for klinisk sikkerhet og tilsyn, ikke i en lampehåndbok.

En klinikerledet prosedyre, ikke en oppskrift for hjemmebruk

Behandlingen som studeres, utføres der diagnostikk, dosimetri og tilsyn finnes samlet. Noen må bekrefte hva lesjonen er og hvor dypt den strekker seg, velge en formulering og et intervall mellom påføring og belysning som passer til målet, kalibrere lyskilden over et definert felt med en definert geometri, og overvåke hud, øyne, smerte og lokal vevsrespons. Den underliggende gjennomgangen av utviklingen av fenotiaziniumforbindelser beskriver hele feltet som optimalisering av forholdet mellom struktur og aktivitet under kontrollerte betingelser, ikke som fargestoff pluss vilkårlig rødt lys.

Et forsøk på å etterligne dette hjemme svikter på alle de kontrollerte variablene samtidig. Lamper for forbrukere oppgir sjelden kalibrert spektral irradians ved behandlingsavstanden. Konsentrasjonen av påført fargestoff sier ingenting om monomerfraksjonen eller den intracellulære lokaliseringen. Vevets oksygenering er ukjent og endrer seg under eksponeringen. Ingen av de siterte intervallene gir grunnlag for en hjemmeprotokoll, og denne artikkelen inneholder bevisst ingen anvendelig oppskrift. Lesere som vurderer den generelle kvaliteten på dokumentasjonen, bør bruke hvordan du leser en studie om metylenblått før de trekker konklusjoner fra en enkelt artikkel. Lesere som er nysgjerrige på tilnærminger som bare bruker lys, uten en fotosensibilisator, bør begynne med rødlysterapi uten fotosensibilisator.

Hva denne artikkelen ikke fastslår

Den fastslår ikke at fotodynamisk terapi med metylenblått helbreder noen hudtilstand, fjerner noen infeksjon eller behandler noen svulst. De mekanistiske gjennomgangene som siteres her, målte fotokjemi og sammenlignet fargestoffstrukturer; de foreskrev ingen klinisk konsentrasjon eller fluens. Parameterintervallene som er sitert ovenfor, kommer fra heterogene rapporter om mennesker og dyremodeller med forskjellige mål, dybder, formuleringer og endepunkter, og de kan ikke gjennomsnittsberegnes til veiledning. Svulstspesifikk dokumentasjon, inkludert begrensningene i tidlige kliniske rapporter om basalcellekarsinom, Kaposis sarkom og melanom, vurderes separat i samlingen om kreftforskning. Spørsmål om renhet og anskaffelse av materiale av laboratoriekvalitet er uavhengige av behandling og omtales i hvordan du velger et metylenblåttprodukt.