Fotodinamička terapija metilenskim plavim: kako se tretman proučava

Fotodinamička terapija metilenskim plavim zvuči kao postupak u dva koraka. Naneti plavu boju, usmeriti crvenu svetlost. Takva predstava je pogrešna i izvor je većine nedoumica o ovom tretmanu. Postupak koji se proučava ima tri komponente koje moraju biti prisutne na istom mestu u isto vreme: fotosenzibilizator u obliku koji apsorbuje svetlost, fotone odgovarajuće talasne dužine u izmerenoj dozi i molekularni kiseonik koji prima prenetu energiju. Ako se ukloni bilo koja komponenta, ne postoji mehanizam za navedeni efekat.

Ovaj članak objašnjava kako istraživači opisuju taj trokomponentni sistem, koje parametre kontrolišu i zašto se objavljena talasna dužina i vrednost energije ne mogu pretvoriti u postupak za kućnu primenu. Ishodi povezani s rakom obrađeni su u zasebnom pregledu istraživanja metilenskog plavog i raka, a stomatološke primene objedinjene su u istraživanjima oralne i stomatološke fotodinamike. Nijedna od tih tema ovde se ne ponavlja.

Boja je fotosenzibilizator, a ne sredstvo za bojenje

Metilensko plavo snažno apsorbuje crvenu svetlost, s maksimumom apsorpcije monomera blizu 664 do 666 nm i veoma visokom molarnom apsorptivnošću. Zbog te apsorpcione trake studije fotodinamičke terapije metilenskim plavim koriste izvore crvene svetlosti, obično u opsegu od oko 630 do 680 nm. Lampa koja emituje van tog opsega može delovati sjajno, a da pritom gotovo uopšte ne obezbeđuje korisnu ekscitaciju. Pravila o talasnoj dužini koja stoje iza tog izbora objašnjena su u tekstu kako metilensko plavo apsorbuje crvenu svetlost.

Apsorpcija je samo prvi korak. Pobuđena boja prelazi u dugotrajnije tripletno stanje, iz kojeg su moguća dva fotohemijska puta. U hemiji tipa I pobuđena boja razmenjuje elektrone ili atome vodonika s obližnjim supstratima i stvara radikale, uključujući dalje reakcije u kojima učestvuje superoksid. U hemiji tipa II boja u tripletnom stanju prenosi energiju direktno kiseoniku u osnovnom stanju i stvara singletni kiseonik. U uslovima u kojima je kiseonik dostupan, metilensko plavo deluje pretežno kao senzibilizator za stvaranje singletnog kiseonika, s prijavljenim kvantnim prinosom od oko 0.5 u vodi, dok doprinosi tipa I rastu ili opadaju u zavisnosti od lokalnog okruženja. Pregled fotohemije metilenskog plavog s biološkim supstratima iz 1993. godine opisuje oba puta i pokazuje zašto se njihov odnos ne može utvrditi iz oznake na boji.

Isti pregled navodi glavnu ciljnu komponentu nukleinskih kiselina. Guanin ima najniži oksidacioni potencijal među bazama DNK, pa ga singletni kiseonik prvenstveno oksiduje, stvarajući proizvode kao što je 8-okso-deoksiguanozin. Za takvo oštećenje nije potrebna interkalacija u DNK. Međutim, pregled takođe upozorava da DNK ne treba posmatrati kao jedinu relevantnu metu. Metilensko plavo oksiduje proteine, lipide i membrane, a cilj čije oštećenje dovodi do smrti u određenom eksperimentu zavisi od toga gde se boja lokalizuje. Zato je koncentracija u rastvoru koji okružuje uzorak slab pokazatelj doze na ciljnom mestu. Čitaoci koji porede ovu hemiju pokrenutu svetlošću s redoks ulogama boje u mraku treba da ih razlikuju, kao što je objašnjeno u tekstu o tome kako metilensko plavo deluje u ćelijama.

Polazno jedinjenje, a ne optimizovan lek

Drugi ključni izvor je pregled razvoja fenotiazinijumskih fotosenzibilizatora iz 2005. godine, koji metilensko plavo posmatra kao polaznu strukturu s poznatim slabostima, a ne kao gotov fotosenzibilizator. Male strukturne promene menjaju lipofilnost, ćelijsko preuzimanje, unutarćelijsku lokalizaciju, stvaranje singletnog kiseonika, toksičnost u mraku i otpornost na redukciju. Metilacija hromofora, na primer, povećava lipofilnost i stvaranje singletnog kiseonika i usporava redukciju u neaktivni leuko oblik, a metilovani analozi pokazali su veću fototoksičnost pri približno 7.2 J po kvadratnom cm u radu na kojem se pregled zasniva. Veća lipofilnost ipak nije automatski bolja, jer preterana hidrofobnost smanjuje rastvorljivost, podstiče agregaciju i može da naruši geometriju potrebnu za fotohemijske reakcije.

Leuko oblik zaslužuje poseban osvrt jer je nevidljiv. Oksidovano metilensko plavo je plavo i apsorbuje crvenu svetlost. Redukovano leuko-metilensko plavo gotovo je bezbojno i slabo apsorbuje u istom opsegu, pa boja redukovana unutar ćelija ili u tkivu sa slabim snabdevanjem kiseonikom privremeno prestaje da bude deo fotoaktivnog udela, sve do ponovne oksidacije. Redoks stanje tkiva zato menja efektivnu koncentraciju fotosenzibilizatora čak i kada je primenjena koncentracija nepromenjena. Istorija formulacija, uključujući rane kliničke i laboratorijske primene ove porodice boja, obrađena je u tekstu istorija metilenskog plavog u medicini.

Tabelarni pregled studija: šta se menja i šta to znači

Tabela u nastavku predstavlja originalni uporedni prikaz za ovaj članak. Svaki red sadrži jednu promenljivu tretmana koju studije moraju da navedu. Čitajte redom kroz kolone da biste videli zašto promena jednog podešavanja menja značenje svih ostalih.

Navedeni opsezi predstavljaju opsege zabeležene u studijama, a ne preporučeni protokol. Upravo je ta razlika svrha tabele. Širina raspona prijavljenih doza svetlosti sama po sebi pokazuje da ne postoji univerzalno prenosiva doza svetlosti za metilensko plavo. Povezani laboratorijski kontekst istraživanja biofilmova aktiviranih svetlošću nalazi se u tekstu metilensko plavo protiv biofilmova, dok su šire osnove terapije kože i svetlosti obrađene u tekstu o fotosenzitivnosti kože i osnovama doze svetlosti.

Zašto iste vrednosti energije mogu dati različite biološke ishode

Četiri zabune stalno se ponavljaju kada se objavljeni parametri navode bez konteksta.

Prvo, fluenca nije doza. Dva izlaganja pri istoj talasnoj dužini i istom broju J po kvadratnom cm razlikuju se ako je jedno sprovedeno brzo, a drugo sporo, jer iscrpljivanje kiseonika, popravka tokom izlaganja i fotoizbeljivanje boje zavise od brzine i vremena. Navođenje energije bez iradianse i trajanja izlaganja ostavlja eksperiment nedovoljno opisanim.

Drugo, optička svojstva tkiva menjaju ono što podešavanje lampe znači u praksi. Apsorpcija, rasejanje, geometrija površine i povratno rasejanje znače da se fluenca unutar tkiva može znatno razlikovati od vrednosti izmerene na otvoru lampe; prema literaturi o kliničkoj dozimetriji, u nekim okolnostima razlika može biti gotovo dvostruka. Broj preuzet iz rada opisuje geometriju tog rada, a ne svaku moguću geometriju.

Treće, lokalizacija određuje metu. Katjonska boja raspoređuje se u membrane, mitohondrije, lizozome, bakterijske omotače ili vanćelijski matriks u zavisnosti od formulacije, naelektrisanja, lipofilnosti, intervala i tkiva. Pregled fotohemije iz 1993. godine dokumentuje oštećenja nukleinskih kiselina, proteina, lipida, membrana, organela, virusa, bakterija, ćelija sisara i tumorskih sistema. Upravo zato ista kombinacija boje i svetlosti može dovesti do smrti različitim putevima u različitim eksperimentalnim postavkama.

Četvrto, kiseonik se troši. Visoke brzine isporuke fluence mogu nadmašiti obnavljanje kiseonika difuzijom i perfuzijom i izazvati prolaznu hipoksiju tokom izlaganja. Kada se to dogodi, dodatna svetlost daje mali ili nikakav dodatni efekat tipa II. Frakcionisanje i niža iradiansa proučavaju se delom kao odgovori na ovo ograničenje, što je i razlog da sigurnosne margine i oksigenacija tkiva budu deo standarda kliničke bezbednosti i nadzora, a ne uputstva za lampu.

Postupak pod vođstvom kliničara, a ne recept za kućnu primenu

Tretman koji se proučava sprovodi se tamo gde su istovremeno dostupni dijagnostika, dozimetrija i nadzor. Neko mora da potvrdi kakva je lezija i koliko duboko se prostire, da izabere formulaciju i interval između primene supstance i osvetljavanja prilagođene toj meti, da kalibriše izvor za definisano polje s definisanom geometrijom i da prati kožu, oči, bol i lokalni odgovor tkiva. Pregled razvoja fenotiazinijumskih jedinjenja, na kojem se ovaj tekst zasniva, predstavlja čitavu oblast kao optimizaciju odnosa strukture i aktivnosti u kontrolisanim uslovima, a ne kao kombinaciju boje i bilo kakve crvene svetlosti.

Pokušaj oponašanja kod kuće istovremeno zanemaruje sve kontrolisane promenljive. Lampe namenjene potrošačima retko navode kalibrisanu spektralnu iradiansu na udaljenosti na kojoj se sprovodi tretman. Koncentracija nanete boje ne govori ništa o udelu monomera ili unutarćelijskoj lokalizaciji. Oksigenacija tkiva je nepoznata i menja se tokom izlaganja. Nijedan od navedenih opsega ne opravdava protokol za kućnu primenu, a ovaj članak namerno ne daje upotrebljiv recept. Čitaoci koji procenjuju opšti kvalitet dokaza treba da koriste tekst kako čitati studiju o metilenskom plavom pre nego što izvedu zaključke iz bilo kog pojedinačnog rada, a oni koje zanimaju pristupi zasnovani samo na svetlosti, bez fotosenzibilizatora, treba da počnu od teksta terapija crvenom svetlošću bez fotosenzibilizatora.

Šta ovaj članak ne utvrđuje

Ovaj članak ne utvrđuje da fotodinamička terapija metilenskim plavim leči bilo koje kožno oboljenje, uklanja bilo koju infekciju ili leči bilo koji tumor. Ovde citirani pregledi mehanizama merili su fotohemijske procese i poredili strukture boja; nisu propisivali kliničku koncentraciju ili fluencu. Navedeni opsezi parametara potiču iz heterogenih izveštaja o ljudima i životinjskih modela s različitim metama, dubinama, formulacijama i krajnjim ishodima i ne mogu se usrednjiti u smernice. Dokazi specifični za tumore, uključujući ograničenja ranih kliničkih izveštaja o bazocelularnom karcinomu, Kapošijevom sarkomu i melanomu, procenjuju se zasebno u zbirci istraživanja raka. Pitanja čistoće i nabavke materijala laboratorijskog kvaliteta odvojena su od tretmana i obrađena su u tekstu kako izabrati proizvod s metilenskim plavim.