Статья
Фотодинамическая терапия метиленовым синим: как изучается лечение
Фотодинамическая терапия с метиленовым синим звучит как двухэтапный процесс. Нанести синий краситель, направить красный свет. Эта модель неверна и является источником большинства заблуждений об этом лечении. Изучаемая процедура состоит из трёх частей, которые должны совпасть в одном месте и в одно время: фотосенсибилизатор в своей светопоглощающей форме, фотоны подходящей длины волны с измеренной дозой и молекулярный кислород, принимающий переданную энергию. Удаление любого одного компонента лишает заявленный эффект механизма.
В этой статье объясняется, как исследователи описывают эту трёхкомпонентную систему, какие параметры они контролируют и почему опубликованные значения длины волны и энергии нельзя преобразовать в домашнюю процедуру. Результаты для онкологии относятся к отдельному обзору исследований метиленового синего и рака, а применения в стоматологии собраны в исследованиях фотодинамической терапии в области полости рта и стоматологии. Здесь они не повторяются.
Краситель является фотосенсибилизатором, а не красителем для окрашивания
Метиленовый синий сильно поглощает красный свет, при этом пик мономера находится примерно в диапазоне от 664 до 666 нм, а молярная поглощательная способность очень высокая. Именно поэтому в исследованиях фотодинамической терапии с метиленовым синим используются красные источники, обычно в диапазоне около 630–680 нм. Лампа вне этого диапазона может выглядеть яркой, но при этом доставлять почти никакого полезного возбуждения. Правила выбора длины волны, лежащие в основе этого подхода, объясняются в статье как метиленовый синий поглощает красный свет.
Поглощение — это только первый шаг. Возбуждённый краситель переходит в более долгоживущее триплетное состояние, после чего доступны два фотохимических пути. В химии типа I возбуждённый краситель обменивается электронами или атомами водорода с близлежащими субстратами и образует радикалы, включая последующую химию супероксида. В химии типа II триплетный краситель напрямую передаёт энергию основному состоянию кислорода и образует синглетный кислород. В условиях наличия кислорода метиленовый синий преимущественно действует как сенсибилизатор синглетного кислорода с заявленным квантовым выходом около 0,5 в воде, тогда как вклад типа I меняется в зависимости от локального окружения. Обзор фотохимии метиленового синего с биологическими субстратами за 1993 год описывает оба пути и показывает, почему баланс нельзя определить только по маркировке красителя.
В том же обзоре указан основной мишенный компонент нуклеиновых кислот. Гуанин имеет самый низкий потенциал окисления среди оснований ДНК, поэтому синглетный кислород преимущественно окисляет его, образуя такие продукты, как 8-оксо-дезоксигуанозин. Интеркаляция в ДНК не является обязательной для такого повреждения. Однако обзор также предупреждает против рассмотрения ДНК как единственной мишени. Метиленовый синий окисляет белки, липиды и мембраны, а летальная мишень в каждом конкретном эксперименте зависит от места локализации красителя. Поэтому концентрация в окружающем растворе является слабым показателем дозы в мишени. Читатели, сравнивающие эту светозависимую химию с темновыми окислительно-восстановительными функциями красителя, должны разделять эти процессы, как описано в статье о том, как метиленовый синий работает в клетках.
Ведущее соединение, а не оптимизированный препарат
Вторым ключевым источником является обзор развития фенотиазиниевых фотосенсибилизаторов за 2005 год, где метиленовый синий рассматривается как базовая структура с известными ограничениями, а не как готовый фотосенсибилизатор. Небольшие структурные изменения влияют на липофильность, клеточное поглощение, внутриклеточную локализацию, образование синглетного кислорода, тёмную токсичность и устойчивость к восстановлению. Метилирование хромофора, например, повышает липофильность и образование синглетного кислорода и замедляет восстановление до неактивной лейкоформы, а метилированные аналоги демонстрировали более высокую фототоксичность примерно при 7,2 Дж на квадратный сантиметр в исходной работе. Более высокая липофильность всё ещё не означает автоматически лучший результат, поскольку чрезмерная гидрофобность ухудшает растворимость, способствует агрегации и может нарушать геометрию, необходимую для фотохимии.
Вопрос лейкоформы заслуживает особого внимания, потому что она невидима. Окисленный метиленовый синий имеет синий цвет и поглощает красный свет. Восстановленный лейко-метиленовый синий почти бесцветен и плохо поглощает в том же диапазоне, поэтому краситель, восстановленный внутри клеток или в плохо насыщенной кислородом ткани, временно удаляется из фотоактивного пула до повторного окисления. Таким образом, окислительно-восстановительное состояние ткани изменяет эффективную концентрацию фотосенсибилизатора даже при фиксированной нанесённой концентрации. История составов, включая раннее клиническое и лабораторное применение семейства красителей, рассматривается в статье история метиленового синего в медицине.
Таблица исследований: что изменяется и что это означает
Ниже приведена исходная сравнительная таблица для этой статьи. Каждая строка представляет одну переменную лечения, которую исследования должны указывать. Читайте строки слева направо, чтобы понять, почему изменение одной настройки меняет значение всех остальных.
| Переменная | Что указывают исследования | Почему это изменяет результат |
|---|---|---|
| Формула фотосенсибилизатора | Свободный краситель в воде, физиологическом растворе или буфере; этанол и Cremophor в исследованиях на животных; липосомы, полимерные частицы или циклодекстриновые носители в экспериментальных работах | Носитель и состав изменяют поглощение, локализацию и проникновение через такие барьеры, как матрикс биоплёнки или опухолевая ткань |
| Нанесённая концентрация | Исследования противомикробного действия у людей сообщают примерно о 0,0003–0,06 M с интервалами между нанесением препарата и светом от 1 до 5 минут; работы на опухолях животных включают примеры около 500 микрограммов на мЛ внутри опухоли | Более высокая общая концентрация может увеличивать димеризацию около 590 нм и снижать продуктивную фотохимию мономеров, поэтому удвоение концентрации не обязательно удваивает эффект |
| Интервал между препаратом и светом | Минуты в местных противомикробных системах; более длительные и зависящие от носителя интервалы в моделях опухолей | Интервал определяет, где находится краситель в момент воздействия света, что определяет основную биологическую мишень |
| Длина волны | Обычно около 630–680 нм | Должна перекрывать полосу поглощения мономера; растворы с большим количеством димеров изменяют эффективное поглощение |
| Плотность мощности | В исследованиях противомикробного действия у людей диапазон составляет около 50–750 мВт на квадратный сантиметр; исследования ран у животных обычно используют 100 мВт на квадратный сантиметр или меньше | Высокая плотность мощности может быстрее расходовать локальный кислород, чем перфузия восполняет его, что снижает эффективность при той же номинальной дозе энергии |
| Флюенс | В исследованиях противомикробного действия у людей диапазон составляет около 6–18 Дж на квадратный сантиметр за 8 секунд–10 минут; исследования ран у животных охватывают диапазон около 12–360 Дж на квадратный сантиметр | Общая энергия без плотности мощности, времени и геометрии является неполной дозой |
| Насыщение кислородом | Редко контролируется напрямую; выводится из типа ткани, скорости подачи энергии и фракционирования | Химия типа II расходует кислород, поэтому одинаковые параметры света могут давать разные эффекты в хорошо кровоснабжаемых и гипоксических мишенях |
| Мишень и условия | Модели инфекций кожи и ран, модели биоплёнок полости рта, культивированные системы карциномы и меланомы, опухоли мышей, исторические отчёты об опухолях кожи | Геометрия, глубина, оптика и допустимое повреждение тканей хозяина настолько различаются, что противомикробные значения никогда не переносятся количественно на опухолевые работы |
Приведённые диапазоны являются наблюдаемыми диапазонами исследований, а не рекомендуемым протоколом. Именно это является смыслом таблицы. Широта опубликованных доз света сама по себе показывает, что не существует универсальной переносимой дозы света для метиленового синего. Дополнительный лабораторный контекст исследований световой активации биоплёнок представлен в статье метиленовый синий против биоплёнок, а более общий фон о коже и световой терапии находится в статье об основах фоточувствительности кожи и дозы света.
Почему одинаковые значения энергии могут давать разную биологию
Когда опубликованные параметры приводятся без контекста, постоянно возникают четыре ошибки.
Во-первых, флюенс не является полной дозой. Два воздействия с одинаковой длиной волны и одинаковыми Дж на квадратный сантиметр различаются, если одно проводится быстро, а другое медленно, поскольку расход кислорода, восстановление во время воздействия и фотоблеклость красителя зависят от скорости и времени. Указание энергии без плотности мощности и времени воздействия оставляет эксперимент недостаточно описанным.
Во-вторых, оптика ткани изменяет параметры источника света. Поглощение, рассеяние, геометрия поверхности и обратное рассеяние означают, что флюенс внутри ткани может существенно отличаться от значения, измеренного у отверстия источника света, иногда примерно в два раза согласно литературе по клинической дозиметрии. Число, скопированное из статьи, описывает геометрию именно этой статьи, а не любую другую геометрию.
В-третьих, локализация определяет мишень. Катионный краситель распределяется между мембранами, митохондриями, лизосомами, бактериальными оболочками или внеклеточным матриксом в зависимости от состава, заряда, липофильности, интервала и ткани. Обзор фотохимии за 1993 год описывает повреждение нуклеиновых кислот, белков, липидов, мембран, органелл, вирусов, бактерий, клеток млекопитающих и опухолевых систем, что объясняет, почему одна и та же комбинация красителя и света может уничтожать объекты разными путями в разных условиях.
В-четвёртых, кислород является расходуемым компонентом. Высокие скорости подачи энергии могут превышать скорость восполнения кислорода за счёт диффузии и перфузии и создавать временную гипоксию во время воздействия. В таком случае добавление большего количества света практически не увеличивает эффект типа II. Фракционирование и более низкая плотность мощности изучаются частично как способы решения этого ограничения, поэтому вопросы безопасности и насыщения тканей кислородом относятся к клиническим стандартам безопасности и наблюдения, а не к инструкции по использованию лампы.
Процедура под контролем специалиста, а не домашний рецепт
Изучаемое лечение проводится там, где одновременно существуют диагностика, дозиметрия и наблюдение. Кто-то должен подтвердить, что представляет собой поражение и насколько глубоко оно распространяется, выбрать состав и интервал между препаратом и светом, соответствующие этой мишени, откалибровать источник в определённом поле с заданной геометрией и контролировать состояние кожи, глаз, боль и локальную реакцию ткани. Основной обзор развития фенотиазиниевых соединений рассматривает всю область как оптимизацию структуры и активности в контролируемых условиях, а не как комбинацию красителя с обычным красным светом.
Домашнее воспроизведение нарушает все контролируемые параметры одновременно. Потребительские лампы редко указывают откалиброванную спектральную освещённость на расстоянии воздействия. Нанесённая концентрация красителя ничего не говорит о доле мономеров или внутриклеточной локализации. Насыщение ткани кислородом неизвестно и изменяется во время воздействия. Ни один из приведённых диапазонов не является разрешением на домашний протокол, и эта статья намеренно не содержит рецепта применения. Читателям, оценивающим качество общих данных, следует использовать статью как читать исследование метиленового синего перед выводами по отдельной публикации, а тем, кто интересуется только световыми подходами без фотосенсибилизатора, следует начать со статьи красный свет без фотосенсибилизатора.
Что эта статья не устанавливает
Она не устанавливает, что фотодинамическая терапия метиленовым синим излечивает какие-либо заболевания кожи, устраняет какие-либо инфекции или лечит какие-либо опухоли. Приведённые здесь механистические обзоры измеряли фотохимию и сравнивали структуры красителей; они не назначали клиническую концентрацию или флюенс. Указанные диапазоны параметров происходят из неоднородных исследований на людях и моделях животных с различными мишенями, глубиной, составами и конечными показателями и не могут быть усреднены в руководство. Данные по опухолям, включая ограничения ранних клинических отчётов о базальноклеточной карциноме, саркоме Капоши и меланоме, рассматриваются отдельно в коллекции исследований рака. Вопросы чистоты и выбора источника лабораторного материала не связаны с лечением и рассматриваются в статье как выбрать продукт с метиленовым синим.