Fotodinamična terapija z metilenskim modrilom: kako preučujejo zdravljenje

Fotodinamična terapija z metilenskim modrilom zveni kot postopek v dveh korakih. Nanesemo modro barvilo in ga osvetlimo z rdečo svetlobo. Takšna predstava je napačna in je vir večine nejasnosti o tem zdravljenju. Preučevani postopek ima tri sestavine, ki morajo biti prisotne na istem mestu ob istem času: fotosenzibilizator v obliki, ki absorbira svetlobo, fotone ustrezne valovne dolžine z izmerjenim odmerkom in molekularni kisik, ki sprejme preneseno energijo. Če odstranimo katero koli sestavino, za zatrjevani učinek ni mehanizma.

Ta članek pojasnjuje, kako raziskovalci opisujejo ta tridelni sistem, katere parametre nadzorujejo in zakaj objavljene valovne dolžine in vrednosti energije ni mogoče pretvoriti v domači postopek. Izidi pri raku sodijo v ločen pregled raziskav metilenskega modrila in raka, zobozdravstvene uporabe pa so zbrane v raziskavah fotodinamičnih postopkov v ustni votlini in zobozdravstvu. Tukaj ne ponavljamo nobenega od teh področij.

Barvilo je fotosenzibilizator, ne sredstvo za obarvanje

Metilensko modrilo močno absorbira rdečo svetlobo, pri čemer je absorpcijski vrh monomera blizu 664 do 666 nm, molarna absorptivnost pa je zelo visoka. Zaradi tega absorpcijskega pasu študije fotodinamične terapije z metilenskim modrilom uporabljajo vire rdeče svetlobe, običajno v območju približno 630 do 680 nm. Svetilka zunaj tega pasu je lahko videti svetla, vendar zagotavlja skoraj nič uporabnega vzbujanja. Pravila glede valovne dolžine, na katerih temelji ta izbira, so pojasnjena v članku kako metilensko modrilo absorbira rdečo svetlobo.

Absorpcija je le prvi korak. Vzbujeno barvilo preide v dolgoživejše tripletno stanje, iz katerega sta na voljo dve fotokemijski poti. Pri kemijskih procesih tipa I vzbujeno barvilo izmenjuje elektrone ali vodikove atome z bližnjimi substrati in tvori radikale, pri čemer nadaljnje reakcije vključujejo tudi superoksid. Pri kemijskih procesih tipa II barvilo v tripletnem stanju prenese energijo neposredno na kisik v osnovnem stanju in tvori singletni kisik. V razmerah z razpoložljivim kisikom metilensko modrilo deluje pretežno kot fotosenzibilizator za tvorbo singletnega kisika, z objavljenim kvantnim izkoristkom blizu 0.5 v vodi, medtem ko se prispevek procesov tipa I povečuje ali zmanjšuje glede na lokalno okolje. Pregled fotokemije metilenskega modrila z biološkimi substrati iz leta 1993 opisuje obe poti in pokaže, zakaj njunega razmerja ni mogoče razbrati z oznake barvila.

Isti pregled navaja glavno tarčo med sestavinami nukleinskih kislin. Gvanin ima med bazami DNA najnižji oksidacijski potencial, zato ga singletni kisik prednostno oksidira, pri čemer nastajajo produkti, kot je 8-okso-deoksigvanozin. Za takšno poškodbo interkalacija v DNA ni potrebna. Vendar pregled tudi opozarja, da DNA ne smemo obravnavati kot celotne zgodbe. Metilensko modrilo oksidira beljakovine, lipide in membrane, tarča, katere poškodba povzroči odmrtje v posameznem poskusu, pa je odvisna od tega, kje se barvilo nahaja. Koncentracija v raztopini, ki obdaja vzorec, je zato slab približek odmerka na tarči. Bralci, ki to kemijo, sproženo s svetlobo, primerjajo z redoks vlogami barvila v temi, naj ju obravnavajo ločeno, kot je pojasnjeno v opisu delovanja metilenskega modrila v celicah.

Izhodiščna spojina, ne optimizirano zdravilo

Drugi temeljni vir je pregled razvoja fenotiazinskih fotosenzibilizatorjev iz leta 2005, ki metilensko modrilo obravnava kot izhodiščno strukturo z znanimi pomanjkljivostmi, ne kot dokončno razvit fotosenzibilizator. Majhne strukturne spremembe vplivajo na lipofilnost, celični privzem, znotrajcelično lokalizacijo, tvorbo singletnega kisika, toksičnost v temi in odpornost proti redukciji. Metilacija kromofora na primer poveča lipofilnost in tvorbo singletnega kisika ter upočasni redukcijo v neaktivno levkoobliko; metilirani analogi so v raziskavah, na katerih temelji pregled, pokazali večjo fototoksičnost pri približno 7.2 J na kvadratni cm. Večja lipofilnost pa še vedno ni samodejno boljša, saj prevelika hidrofobnost poslabša topnost, spodbuja agregacijo in lahko izkrivi geometrijo, potrebno za fotokemijske procese.

Levkooblika si zasluži poudarek, ker je nevidna. Oksidirano metilensko modrilo je modro in absorbira rdečo svetlobo. Reducirano levkometilensko modrilo je skoraj brezbarvno in v istem pasu slabo absorbira, zato barvilo, ki se je reduciralo v celicah ali slabo oksigeniranem tkivu, do ponovne oksidacije začasno ni del fotoaktivnega deleža. Redoks stanje tkiva tako spreminja dejansko koncentracijo fotosenzibilizatorja, tudi kadar je nanesena koncentracija nespremenjena. Zgodovina formulacij, vključno z zgodnjimi kliničnimi in laboratorijskimi uporabami te družine barvil, je predstavljena v članku zgodovina metilenskega modrila v medicini.

Preglednica študij: kaj se spreminja in kaj to pomeni

Spodnja preglednica je izvirni primerjalni prikaz za ta članek. Vsaka vrstica predstavlja eno spremenljivko zdravljenja, o kateri morajo študije poročati. Berite po vrsticah, da vidite, zakaj sprememba ene nastavitve spremeni pomen vseh drugih.

Zgornji razponi so razponi, opaženi v študijah, ne priporočeni protokol. Prav ta razlika je bistvo preglednice. Že širina razpona objavljenih svetlobnih odmerkov dokazuje, da ni univerzalno prenosljivega svetlobnega odmerka za metilensko modrilo. Soroden laboratorijski kontekst raziskav biofilmov s svetlobno aktivacijo je predstavljen v članku metilensko modrilo proti biofilmom, širše ozadje kože in svetlobne terapije pa v vsebinah o fotosenzitivnosti kože in osnovah svetlobnega odmerka.

Zakaj lahko enake vrednosti energije povzročijo različne biološke odzive

Kadar se objavljeni parametri navajajo brez konteksta, se ponavljajo štiri napačne predstave.

Prvič, fluenca ni odmerek. Dve izpostavitvi pri isti valovni dolžini in enaki vrednosti J na kvadratni cm se razlikujeta, če je ena izvedena hitro, druga pa počasi, saj so izčrpavanje kisika, popravljanje poškodb med izpostavitvijo in fotobeljenje barvila odvisni od hitrosti in časa. Če poročamo o energiji brez obsevanosti in časa izpostavitve, je opis poskusa nepopoln.

Drugič, optične lastnosti tkiva spremenijo pomen nastavitve svetilke. Zaradi absorpcije, sipanja, geometrije površine in povratnega sipanja se lahko fluenca v tkivu bistveno razlikuje od vrednosti, izmerjene na izhodni odprtini svetilke; v nekaterih okoliščinah se glede na literaturo o klinični dozimetriji razlika približa faktorju dva. Številka, prepisana iz članka, opisuje geometrijo v tem članku, ne vseh geometrij.

Tretjič, lokalizacija določa tarčo. Kationsko barvilo se porazdeljuje v membrane, mitohondrije, lizosome, bakterijske ovojnice ali zunajcelični matriks glede na formulacijo, naboj, lipofilnost, interval in tkivo. Pregled fotokemije iz leta 1993 dokumentira poškodbe nukleinskih kislin, beljakovin, lipidov, membran, organelov, virusov, bakterij, sesalskih celic in tumorskih sistemov. Prav zato lahko ista kombinacija barvila in svetlobe v različnih eksperimentalnih pogojih povzroči odmrtje po različnih poteh.

Četrtič, kisik se porablja. Visoke hitrosti dovajanja fluence lahko presežejo hitrost nadomeščanja kisika z difuzijo in perfuzijo ter sredi izpostavitve povzročijo prehodno hipoksijo. Ko se to zgodi, dodatna svetloba prinese malo dodatnega učinka tipa II ali pa ga sploh ne prinese. Frakcioniranje in manjšo obsevanost preučujejo tudi kot odgovora na to omejitev. Zato varnostne meje in oksigenacija tkiva sodijo v standarde klinične varnosti in nadzora, ne v priročnik za svetilko.

Postopek pod vodstvom zdravnika, ne domači recept

Preučevano zdravljenje se izvaja v okolju, kjer so hkrati zagotovljeni diagnostika, dozimetrija in nadzor. Nekdo mora potrditi, za kakšno spremembo gre in kako globoko sega, izbrati formulacijo in interval med nanosom učinkovine in osvetlitvijo, prilagojena tej tarči, umeriti vir za določeno območje z določeno geometrijo ter spremljati kožo, oči, bolečino in lokalni odziv tkiva. Temeljni pregled razvoja fenotiazinskih fotosenzibilizatorjev celotno področje predstavlja kot optimizacijo razmerja med strukturo in aktivnostjo v nadzorovanih razmerah, ne kot kombinacijo barvila in poljubne rdeče svetlobe.

Domače posnemanje odpove pri vseh nadzorovanih spremenljivkah hkrati. Svetilke za potrošnike redko navajajo umerjeno spektralno obsevanost na razdalji, na kateri se izvaja postopek. Nanesena koncentracija barvila ne pove ničesar o deležu monomera ali znotrajcelični lokalizaciji. Oksigenacija tkiva ni znana in se med izpostavitvijo spreminja. Noben od navedenih razponov ne upravičuje domačega protokola in ta članek namenoma ne podaja uporabnega recepta. Bralci, ki presojajo splošno kakovost dokazov, naj pred sklepanjem na podlagi posameznega članka preberejo kako brati študijo o metilenskem modrilu, bralci, ki jih zanimajo pristopi zgolj s svetlobo brez fotosenzibilizatorja, pa naj začnejo pri članku terapija z rdečo svetlobo brez fotosenzibilizatorja.

Česa ta članek ne dokazuje

Članek ne dokazuje, da fotodinamična terapija z metilenskim modrilom ozdravi katero koli kožno bolezen, odpravi katero koli okužbo ali zdravi kateri koli tumor. Tukaj navedeni pregledi mehanizmov so merili fotokemijske procese in primerjali strukture barvil; niso predpisali nobene klinične koncentracije ali fluence. Zgoraj navedeni razponi parametrov izhajajo iz raznorodnih poročil o raziskavah pri ljudeh in živalskih modelov z različnimi tarčami, globinami, formulacijami in končnimi izidi, zato iz njihovih povprečij ni mogoče oblikovati navodil. Dokazi, specifični za tumorje, vključno z omejitvami zgodnjih kliničnih poročil o bazalnoceličnem karcinomu, Kaposijevem sarkomu in melanomu, so ločeno ocenjeni v zbirki raziskav raka. Vprašanja čistosti in nabave materiala laboratorijske kakovosti so ločena od zdravljenja in so obravnavana v članku kako izbrati izdelek z metilenskim modrilom.