Fotodynamická terapia metylénovou modrou: ako sa liečba skúma

Fotodynamická terapia metylénovou modrou znie ako postup pozostávajúci z dvoch krokov. Naneste modré farbivo, posvieťte červeným svetlom. Táto predstava je nesprávna a je zdrojom väčšiny nejasností o tejto liečbe. Skúmaný postup má tri zložky, ktoré musia byť prítomné na rovnakom mieste v rovnakom čase: fotosenzibilizátor vo forme absorbujúcej svetlo, fotóny vhodnej vlnovej dĺžky v odmeranej dávke a molekulový kyslík, ktorý prijíma prenesenú energiu. Ak ktorúkoľvek zložku odstránite, tvrdenému účinku chýba mechanizmus.

Tento článok vysvetľuje, ako výskumníci opisujú tento trojzložkový systém, ktoré parametre kontrolujú a prečo sa publikovaná vlnová dĺžka a hodnota energie nedajú previesť na domáci postup. Výsledky týkajúce sa rakoviny patria do samostatného prehľadu výskumu metylénovej modrej a rakoviny a stomatologické aplikácie sú zhromaždené v prehľade fotodynamického výskumu v ústnej dutine a stomatológii. Ani jedna z týchto tém sa tu neopakuje.

Farbivo je fotosenzibilizátor, nie prostriedok na zafarbenie

Metylénová modrá silno absorbuje červené svetlo, pričom absorpčné maximum monoméru leží približne pri 664 až 666 nm a jej molárna absorptivita je veľmi vysoká. Práve toto absorpčné pásmo je dôvodom, prečo štúdie fotodynamickej terapie metylénovou modrou používajú zdroje červeného svetla, zvyčajne v rozsahu približne 630 až 680 nm. Lampa mimo tohto pásma môže pôsobiť jasne, no poskytovať takmer žiadnu využiteľnú excitáciu. Pravidlá týkajúce sa vlnovej dĺžky, ktoré stoja za touto voľbou, vysvetľuje článok ako metylénová modrá absorbuje červené svetlo.

Absorpcia je len prvý krok. Excitované farbivo prechádza do tripletového stavu s dlhšou životnosťou a odtiaľ sú dostupné dve fotochemické dráhy. Pri reakciách typu I si excitované farbivo vymieňa elektróny alebo atómy vodíka s okolitými substrátmi a vytvára radikály vrátane následných reakcií superoxidu. Pri reakciách typu II prenáša farbivo v tripletovom stave energiu priamo na kyslík v základnom stave a vytvára singletový kyslík. V podmienkach s dostatkom kyslíka pôsobí metylénová modrá prevažne ako senzibilizátor singletového kyslíka, pričom uvádzaný kvantový výťažok vo vode je približne 0.5, zatiaľ čo podiel reakcií typu I rastie alebo klesá podľa miestneho prostredia. Prehľad fotochemických reakcií metylénovej modrej s biologickými substrátmi z roku 1993 mapuje obe dráhy a ukazuje, prečo sa ich pomer nedá vyčítať z etikety farbiva.

Ten istý prehľad pomenúva hlavný cieľ medzi nukleovými kyselinami. Guanín má spomedzi báz DNA najnižší oxidačný potenciál, preto ho singletový kyslík oxiduje prednostne a vytvára produkty, ako je 8-oxo-deoxyguanozín. Na toto poškodenie nie je potrebná interkalácia do DNA. Prehľad však zároveň varuje pred tým, aby sa celý mechanizmus zúžil len na DNA. Metylénová modrá oxiduje proteíny, lipidy a membrány a letálny cieľ v konkrétnom experimente závisí od toho, kde sa farbivo lokalizuje. Koncentrácia v roztoku obklopujúcom vzorku je preto len slabým nepriamym ukazovateľom dávky v cieľovom mieste. Čitatelia, ktorí porovnávajú tieto svetlom poháňané reakcie s redoxnými úlohami farbiva v tme, by mali tieto dve oblasti odlišovať, ako vysvetľuje článok o tom, ako metylénová modrá funguje v bunkách.

Východisková zlúčenina, nie optimalizované liečivo

Druhým kľúčovým zdrojom je prehľad vývoja fenotiazíniových fotosenzibilizátorov z roku 2005, ktorý metylénovú modrú považuje za východiskovú štruktúru so známymi nedostatkami, nie za hotový fotosenzibilizátor. Malé štruktúrne zmeny menia lipofilitu, príjem bunkami, vnútrobunkovú lokalizáciu, tvorbu singletového kyslíka, toxicitu v tme a odolnosť voči redukcii. Napríklad metylácia chromofóru zvyšuje lipofilitu aj tvorbu singletového kyslíka a spomaľuje redukciu na neaktívnu leukoformu. Metylované analógy v prácach, z ktorých prehľad vychádza, vykazovali vyššiu fototoxicitu pri približne 7.2 J na štvorcový cm. Vyššia lipofilita však automaticky neznamená lepšie vlastnosti, pretože nadmerná hydrofóbnosť zhoršuje rozpustnosť, podporuje agregáciu a môže narušiť geometriu potrebnú pre fotochemické reakcie.

Leukoforma si zaslúži osobitnú pozornosť, pretože je neviditeľná. Oxidovaná metylénová modrá je modrá a absorbuje červené svetlo. Redukovaná leukometylénová modrá je takmer bezfarebná a v rovnakom pásme absorbuje slabo. Farbivo, ktoré sa zredukovalo v bunkách alebo v nedostatočne okysličenom tkanive, preto dočasne prestáva byť súčasťou fotoaktívnej frakcie, kým sa znovu neoxiduje. Redoxný stav tkaniva tak mení účinnú koncentráciu fotosenzibilizátora aj vtedy, keď je aplikovaná koncentrácia pevne stanovená. Vývoj formulácií vrátane raného klinického a laboratórneho použitia tejto skupiny farbív opisuje história metylénovej modrej v medicíne.

Tabuľka štúdií: čo sa mení a čo to znamená

Nasledujúca tabuľka je pôvodným porovnávacím prehľadom vytvoreným pre tento článok. Každý riadok predstavuje jednu premennú liečby, ktorú musia štúdie uvádzať. Čítajte riadky naprieč stĺpcami, aby ste videli, prečo zmena jedného nastavenia mení význam všetkých ostatných.

Vyššie uvedené rozsahy sú rozsahy pozorované v štúdiách, nie odporúčaný protokol. Práve toto rozlíšenie je účelom tabuľky. Šírka uvádzaných svetelných dávok je sama osebe dôkazom, že neexistuje prenositeľná dávka svetla pre metylénovú modrú. Súvisiaci laboratórny kontext výskumu biofilmov so svetelnou aktiváciou nájdete v článku metylénová modrá proti biofilmom a širšie súvislosti kože a svetelnej terapie v základoch fotosenzitivity kože a dávkovania svetla.

Prečo rovnaké hodnoty energie môžu viesť k odlišným biologickým výsledkom

Keď sa publikované parametre citujú bez kontextu, opakovane vznikajú štyri nedorozumenia.

Po prvé, fluencia nie je dávka. Dve expozície s rovnakou vlnovou dĺžkou a rovnakými J na štvorcový cm sa líšia, ak sa jedna dodá rýchlo a druhá pomaly, pretože vyčerpanie kyslíka, opravné procesy počas expozície aj fotobielenie farbiva závisia od rýchlosti a času. Uvedenie energie bez intenzity ožiarenia a času expozície ponecháva opis experimentu neúplný.

Po druhé, optické vlastnosti tkaniva menia význam nastavenia lampy. Absorpcia, rozptyl, geometria povrchu a spätný rozptyl znamenajú, že fluencia vo vnútri tkaniva sa môže podstatne líšiť od hodnoty nameranej pri výstupnom otvore lampy. Podľa literatúry o klinickej dozimetrii sa za určitých okolností môže rozdiel blížiť až dvojnásobku. Hodnota prevzatá z článku opisuje geometriu daného článku, nie každú geometriu.

Po tretie, lokalizácia určuje cieľ. Katiónové farbivo sa distribuuje do membrán, mitochondrií, lyzozómov, bakteriálnych obalov alebo extracelulárnej matrice v závislosti od formulácie, náboja, lipofility, intervalu a tkaniva. Prehľad fotochemických reakcií z roku 1993 dokumentuje poškodenie nukleových kyselín, proteínov, lipidov, membrán, organel, vírusov, baktérií, buniek cicavcov a nádorových systémov. Práve preto môže rovnaká kombinácia farbiva a svetla spôsobovať usmrtenie rôznymi mechanizmami v rôznych experimentálnych podmienkach.

Po štvrté, kyslík sa spotrebúva. Vysoká rýchlosť dodávania fluencie môže prekonať dopĺňanie kyslíka difúziou a perfúziou a počas expozície vytvoriť prechodnú hypoxiu. Keď sa to stane, pridanie ďalšieho svetla prináša len malý alebo žiadny dodatočný účinok typu II. Frakcionácia a nižšia intenzita ožiarenia sa skúmajú čiastočne ako riešenia tohto obmedzenia. Aj preto bezpečnostné rezervy a okysličenie tkaniva patria do štandardov klinickej bezpečnosti a dohľadu, nie do návodu k lampe.

Postup pod vedením lekára, nie domáci návod

Skúmaná liečba sa vykonáva tam, kde sú súčasne dostupné diagnostika, dozimetria a dohľad. Niekto musí potvrdiť, o akú léziu ide a do akej hĺbky zasahuje, vybrať formuláciu a interval medzi aplikáciou látky a ožiarením zodpovedajúci danému cieľu, kalibrovať zdroj v presne vymedzenej oblasti s definovanou geometriou a sledovať kožu, oči, bolesť a miestnu reakciu tkaniva. Východiskový prehľad vývoja fenotiazíniových fotosenzibilizátorov predstavuje celú oblasť ako optimalizáciu vzťahu medzi štruktúrou a aktivitou v kontrolovaných podmienkach, nie ako kombináciu farbiva a ľubovoľného červeného svetla.

Domáce napodobňovanie zlyháva pri všetkých kontrolovaných premenných naraz. Spotrebiteľské lampy zriedka uvádzajú kalibrovanú spektrálnu intenzitu ožiarenia vo vzdialenosti používanej pri ošetrení. Koncentrácia aplikovaného farbiva nič nehovorí o podiele monomérov ani o vnútrobunkovej lokalizácii. Okysličenie tkaniva je neznáme a počas expozície sa mení. Žiadny z citovaných rozsahov neoprávňuje na zostavenie domáceho protokolu a tento článok zámerne neuvádza žiadny použiteľný návod. Čitatelia, ktorí posudzujú všeobecnú kvalitu dôkazov, by si pred vyvodzovaním záverov z jednej práce mali prečítať ako čítať štúdiu o metylénovej modrej. Čitatelia, ktorých zaujímajú postupy využívajúce iba svetlo bez fotosenzibilizátora, by mali začať článkom terapia červeným svetlom bez fotosenzibilizátora.

Čo tento článok nepreukazuje

Nepreukazuje, že fotodynamická terapia metylénovou modrou vylieči akékoľvek kožné ochorenie, odstráni akúkoľvek infekciu alebo lieči akýkoľvek nádor. Tu citované mechanistické prehľady merali fotochemické reakcie a porovnávali štruktúry farbív; neurčovali žiadnu klinickú koncentráciu ani fluenciu. Vyššie uvedené rozsahy parametrov pochádzajú z rôznorodých správ o použití u ľudí a zo zvieracích modelov s odlišnými cieľmi, hĺbkami, formuláciami a sledovanými ukazovateľmi. Nemožno ich spriemerovať a vytvoriť z nich odporúčania. Dôkazy špecifické pre nádory vrátane obmedzení raných klinických správ o bazocelulárnom karcinóme, Kaposiho sarkóme a melanóme sa hodnotia samostatne v súbore článkov o výskume rakoviny. Otázky čistoty a obstarávania materiálu laboratórnej kvality sú od liečby oddelené a rieši ich článok ako si vybrať produkt s metylénovou modrou.