Fotodynamisk terapi med metylenblått: hur behandlingen studeras

Fotodynamisk terapi med metylenblått låter som två steg. Applicera blått färgämne och belys med rött ljus. Den föreställningen är felaktig och ligger bakom merparten av förvirringen kring behandlingen. Den studerade proceduren har tre delar som måste sammanfalla på samma plats vid samma tidpunkt: en fotosensibiliserare i sin ljusabsorberande form, fotoner med lämplig våglängd i en uppmätt dos och molekylärt syre som tar emot den överförda energin. Om någon av delarna tas bort saknar den påstådda effekten en mekanism.

Den här artikeln förklarar hur forskare beskriver det tredelade systemet, vilka parametrar de kontrollerar och varför en publicerad våglängd och ett energivärde inte kan omvandlas till en procedur för hemmabruk. Cancerutfall hör hemma i en separat översikt över metylenblått och cancerforskning, och dentala tillämpningar samlas i forskningen om fotodynamik inom mun- och tandvård. Inget av detta upprepas här.

Färgämnet är en fotosensibiliserare, inte bara en infärgning

Metylenblått absorberar rött ljus starkt, med monomerens absorptionstopp nära 664 till 666 nm och mycket hög molär absorptivitet. Det absorptionsbandet är anledningen till att studier av fotodynamisk terapi med metylenblått använder röda ljuskällor, vanligen inom intervallet cirka 630 till 680 nm. En lampa utanför det bandet kan se stark ut men ändå ge nästan ingen användbar excitation. Våglängdsprinciperna bakom valet förklaras i hur metylenblått absorberar rött ljus.

Absorption är bara det första steget. Det exciterade färgämnet övergår till ett mer långlivat triplettillstånd, varifrån två fotokemiska reaktionsvägar är möjliga. Vid typ I-reaktioner utbyter det exciterade färgämnet elektroner eller väteatomer med närliggande substrat och bildar radikaler, med bland annat superoxidreaktioner i efterföljande led. Vid typ II-reaktioner överför färgämnet i triplettillståndet energi direkt till syre i grundtillstånd och bildar singlettsyre. Under syrerika förhållanden verkar metylenblått främst som en sensibiliserare för singlettsyre, med ett rapporterat kvantutbyte nära 0.5 i vatten, medan bidragen från typ I ökar eller minskar beroende på den lokala miljön. Översikten från 1993 över metylenblåtts fotokemi med biologiska substrat kartlägger båda reaktionsvägarna och visar varför balansen inte kan utläsas av färgämnets etikett.

Samma översikt anger det huvudsakliga målet bland nukleinsyrorna. Guanin har lägst oxidationspotential av DNA-baserna, så singlettsyre oxiderar det företrädesvis och bildar produkter som 8-oxo-deoxiguanosin. Interkalation i DNA krävs inte för den skadan. Men översikten varnar också för att betrakta DNA som hela förklaringen. Metylenblått oxiderar proteiner, lipider och membran, och det dödliga angreppsmålet i ett givet experiment beror på var färgämnet lokaliseras. Koncentrationen i den omgivande lösningen är därför ett svagt indirekt mått på dosen vid målet. Läsare som jämför denna ljusdrivna kemi med färgämnets redoxroller i mörker bör hålla dem åtskilda, såsom beskrivs i hur metylenblått fungerar i celler.

En utgångssubstans, inte ett optimerat läkemedel

Den andra centrala källan är översikten från 2005 över utvecklingen av fenotiaziniumbaserade fotosensibiliserare, som behandlar metylenblått som en utgångsstruktur med kända svagheter snarare än en färdig fotosensibiliserare. Små strukturförändringar påverkar lipofilicitet, cellupptag, intracellulär lokalisering, produktion av singlettsyre, mörkertoxicitet och motståndskraft mot reduktion. Metylering av kromoforen ökar exempelvis lipofiliciteten och bildningen av singlettsyre samt bromsar reduktionen till den inaktiva leukoformen. Metylerade analoger uppvisade högre fototoxicitet vid cirka 7.2 J per kvadrat-cm i det bakomliggande arbetet. Högre lipofilicitet är ändå inte automatiskt bättre, eftersom alltför hög hydrofobicitet försämrar lösligheten, främjar aggregation och kan förändra den geometri som fotokemin kräver.

Leukoformen förtjänar att lyftas fram eftersom den är osynlig. Oxiderat metylenblått är blått och absorberar rött ljus. Reducerat leukometylenblått är nästan färglöst och absorberar svagt i samma band. Färgämne som har reducerats inne i celler eller i dåligt syresatt vävnad är därför tillfälligt borttaget från den fotoaktiva mängden tills det återoxideras. Vävnadens redoxtillstånd förändrar alltså den effektiva koncentrationen av fotosensibiliseraren även när den applicerade koncentrationen är oförändrad. Formuleringarnas historia, inklusive tidiga kliniska användningar och laboratorieanvändningar av denna färgämnesfamilj, behandlas i metylenblåtts historia inom medicinen.

Studietabellen: vad som varierar och vad det betyder

Tabellen nedan är det ursprungliga jämförelseunderlaget för den här artikeln. Varje rad är en behandlingsvariabel som studier måste redovisa. Läs tvärs över för att se varför en ändrad inställning förändrar innebörden av alla de andra.

Intervallen ovan är observerade studieintervall, inte ett rekommenderat protokoll. Den skillnaden är poängen med tabellen. Spridningen i de rapporterade ljusdoserna är i sig ett belägg för att det inte finns någon överförbar ljusdos för metylenblått. Närliggande laboratoriebakgrund om ljusaktiverade biofilmstudier finns i metylenblått mot biofilmer, och bredare bakgrund om hud och ljusterapi finns i grunderna för hudens ljuskänslighet och ljusdos.

Varför identiska energivärden kan ge olika biologiska effekter

Fyra missförstånd återkommer när publicerade parametrar citeras utan sitt sammanhang.

För det första är fluens inte samma sak som dos. Två exponeringar vid samma våglängd och samma J per kvadrat-cm skiljer sig om den ena ges snabbt och den andra långsamt, eftersom syreförbrukning, reparation under exponeringen och fotoblekning av färgämnet alla beror på hastighet och tid. Om energi rapporteras utan irradians och exponeringstid blir beskrivningen av experimentet ofullständig.

För det andra förändrar vävnadens optiska egenskaper vad lampans inställning innebär. Absorption, spridning, ytgeometri och bakåtspridning gör att fluensen inne i vävnaden kan skilja sig väsentligt från värdet som mäts vid lampans öppning, under vissa omständigheter med faktorer som närmar sig två enligt litteraturen om klinisk dosimetri. Ett värde som kopieras från en artikel beskriver den artikelns geometri, inte varje tänkbar geometri.

För det tredje avgör lokaliseringen målet. Ett katjoniskt färgämne fördelar sig i membran, mitokondrier, lysosomer, bakteriers cellhöljen eller extracellulär matrix beroende på formulering, laddning, lipofilicitet, intervall och vävnad. Fotokemiöversikten från 1993 dokumenterar skador på nukleinsyror, proteiner, lipider, membran, organeller, virus, bakterier, däggdjursceller och tumörsystem. Det är just därför samma kombination av färgämne och ljus kan döda genom olika mekanismer i olika försöksupplägg.

För det fjärde är syre en förbrukningsvara. Höga fluenshastigheter kan överstiga återtillförseln genom diffusion och perfusion och skapa övergående hypoxi under exponeringen. När det sker ger mer ljus liten eller ingen ytterligare typ II-effekt. Fraktionering och lägre irradians studeras delvis som lösningar på denna begränsning. Det är också därför säkerhetsmarginaler och vävnadens syresättning hör hemma i kliniska standarder för säkerhet och övervakning snarare än i en lampmanual.

En klinikerledd procedur, inte ett recept för hemmabruk

Den studerade behandlingen ges där diagnostik, dosimetri och övervakning finns samlade. Någon måste fastställa vad förändringen är och hur djupt den sträcker sig, välja en formulering och ett intervall mellan applicering och belysning som passar målet, kalibrera ljuskällan över ett definierat fält med en definierad geometri samt övervaka hud, ögon, smärta och lokal vävnadsreaktion. Den bakomliggande översikten över utvecklingen av fenotiaziniumföreningar beskriver hela området som optimering av struktur–aktivitetssamband under kontrollerade förhållanden, inte som färgämne plus valfritt rött ljus.

Att efterlikna behandlingen hemma brister i samtliga kontrollerade variabler samtidigt. Konsumentlampor redovisar sällan kalibrerad spektral irradians på behandlingsavståndet. Den applicerade färgämneskoncentrationen säger ingenting om monomerandelen eller den intracellulära lokaliseringen. Vävnadens syresättning är okänd och förändras under exponeringen. Inget av de citerade intervallen motiverar ett protokoll för hemmabruk, och den här artikeln anger avsiktligt inget användbart recept. Läsare som bedömer evidensens allmänna kvalitet bör använda hur man läser en studie om metylenblått innan de drar slutsatser från en enskild artikel. Läsare som är nyfikna på metoder med enbart ljus, utan fotosensibiliserare, bör börja med rödljusterapi utan fotosensibiliserare.

Vad den här artikeln inte fastställer

Den fastställer inte att fotodynamisk terapi med metylenblått botar något hudtillstånd, eliminerar någon infektion eller behandlar någon tumör. De mekanistiska översikter som citeras här mätte fotokemi och jämförde färgämnesstrukturer; de föreskrev ingen klinisk koncentration eller fluens. Parameterintervallen ovan kommer från heterogena rapporter om människor och djurmodeller med olika mål, djup, formuleringar och utfallsmått, och de kan inte sammanvägas till vägledning. Tumörspecifik evidens, inklusive begränsningarna i tidiga kliniska rapporter om basalcellscancer, Kaposis sarkom och melanom, bedöms separat i samlingen om cancerforskning. Frågor om renhet och anskaffning av material av laboratoriekvalitet är oberoende av behandling och behandlas i hur man väljer en produkt med metylenblått.