การบำบัดโฟโตไดนามิกด้วยเมทิลีนบลู: ศึกษาการรักษานี้อย่างไร

การบำบัดโฟโตไดนามิกด้วยเมทิลีนบลูฟังดูเหมือนมีสองขั้นตอน คือทาสีย้อมสีน้ำเงินแล้วฉายแสงสีแดง ภาพจำนี้ไม่ถูกต้อง และเป็นที่มาของความสับสนส่วนใหญ่เกี่ยวกับการรักษานี้ กระบวนการที่ศึกษาอยู่มีองค์ประกอบสามส่วนซึ่งต้องอยู่ร่วมกันในตำแหน่งเดียวกันและเวลาเดียวกัน ได้แก่ สารไวแสงในรูปที่ดูดกลืนแสงได้ โฟตอนที่มีความยาวคลื่นเหมาะสมในปริมาณที่วัดได้ และออกซิเจนโมเลกุลสำหรับรับพลังงานที่ถ่ายโอนมา หากขาดส่วนใดส่วนหนึ่ง ผลที่กล่าวอ้างก็จะไม่มีกลไกรองรับ

บทความนี้อธิบายว่านักวิจัยบรรยายระบบสามส่วนนี้อย่างไร ควบคุมพารามิเตอร์ใดบ้าง และเหตุใดค่าความยาวคลื่นกับค่าพลังงานที่ตีพิมพ์จึงไม่สามารถแปลงเป็นขั้นตอนสำหรับทำเองที่บ้านได้ ผลลัพธ์ด้านมะเร็งอยู่ในบททบทวนงานวิจัยเมทิลีนบลูกับมะเร็งแยกต่างหาก ส่วนการประยุกต์ใช้ทางทันตกรรมรวบรวมไว้ในงานวิจัยโฟโตไดนามิกด้านช่องปากและทันตกรรม บทความนี้ไม่กล่าวซ้ำถึงทั้งสองส่วน

สีย้อมเป็นสารไวแสง ไม่ใช่เพียงสารย้อมสี

เมทิลีนบลูดูดกลืนแสงสีแดงได้อย่างมาก โดยรูปโมโนเมอร์มีจุดสูงสุดของการดูดกลืนใกล้ 664 ถึง 666 nm และมีสัมประสิทธิ์การดูดกลืนเชิงโมลสูงมาก แถบการดูดกลืนนี้เป็นเหตุผลที่งานศึกษาการบำบัดโฟโตไดนามิกด้วยเมทิลีนบลูใช้แหล่งแสงสีแดง โดยทั่วไปอยู่ในช่วงประมาณ 630 ถึง 680 nm โคมไฟที่ให้แสงนอกแถบนี้อาจดูสว่าง แต่แทบไม่ให้การกระตุ้นที่นำไปใช้ได้ หลักการเรื่องความยาวคลื่นที่อยู่เบื้องหลังการเลือกนี้อธิบายไว้ในเมทิลีนบลูดูดกลืนแสงสีแดงอย่างไร

การดูดกลืนเป็นเพียงขั้นตอนแรก สีย้อมที่ถูกกระตุ้นจะเปลี่ยนไปสู่สถานะทริปเล็ตซึ่งมีอายุยาวกว่า จากนั้นจึงเกิดปฏิกิริยาโฟโตเคมีได้สองเส้นทาง ในปฏิกิริยา Type I สีย้อมที่ถูกกระตุ้นจะแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนหรืออะตอมไฮโดรเจนกับสารตั้งต้นที่อยู่ใกล้เคียง และสร้างอนุมูล รวมถึงปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับซูเปอร์ออกไซด์ในขั้นต่อมา ในปฏิกิริยา Type II สีย้อมในสถานะทริปเล็ตจะถ่ายโอนพลังงานโดยตรงให้ออกซิเจนในสถานะพื้น และสร้างออกซิเจนสถานะซิงเกล็ต ภายใต้สภาวะที่มีออกซิเจน เมทิลีนบลูทำหน้าที่หลักเป็นสารไวแสงที่ก่อให้เกิดออกซิเจนสถานะซิงเกล็ต โดยมีรายงานค่าผลได้เชิงควอนตัมในน้ำใกล้ 0.5 ขณะที่สัดส่วนการเกิดปฏิกิริยา Type I เพิ่มขึ้นหรือลดลงตามสภาพแวดล้อมเฉพาะบริเวณ บททบทวนปี 1993 เรื่องโฟโตเคมีของเมทิลีนบลูกับสารตั้งต้นทางชีวภาพอธิบายทั้งสองเส้นทาง และแสดงให้เห็นว่าเหตุใดจึงไม่สามารถทราบสมดุลระหว่างสองเส้นทางนี้จากฉลากสีย้อมได้

บททบทวนเดียวกันระบุเป้าหมายหลักในกรดนิวคลีอิก กวานีนมีศักย์ออกซิเดชันต่ำที่สุดในบรรดาเบสของ DNA ออกซิเจนสถานะซิงเกล็ตจึงออกซิไดซ์กวานีนได้ก่อนเบสอื่น และก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ เช่น 8-oxo-deoxyguanosine ความเสียหายนี้ไม่จำเป็นต้องอาศัยการแทรกตัวของสีย้อมระหว่างคู่เบสของ DNA แต่บททบทวนยังเตือนว่าไม่ควรมอง DNA เป็นคำอธิบายทั้งหมด เมทิลีนบลูออกซิไดซ์โปรตีน ลิพิด และเยื่อหุ้มด้วย และเป้าหมายที่ทำให้เกิดการตายในการทดลองแต่ละแบบขึ้นอยู่กับว่าสีย้อมไปสะสมอยู่ที่ใด ดังนั้น ความเข้มข้นในสารละลายที่แช่ตัวอย่างจึงเป็นตัวแทนที่ไม่ดีนักสำหรับปริมาณ ณ เป้าหมาย ผู้อ่านที่เปรียบเทียบปฏิกิริยาซึ่งขับเคลื่อนด้วยแสงนี้กับบทบาทรีดอกซ์ของสีย้อมในภาวะไม่มีแสงควรแยกทั้งสองเรื่องออกจากกัน ตามที่อธิบายไว้ในเรื่องเมทิลีนบลูทำงานในเซลล์อย่างไร

สารต้นแบบ ไม่ใช่ยาที่ปรับให้เหมาะสมแล้ว

แหล่งข้อมูลหลักที่สองคือบททบทวนปี 2005 เรื่องการพัฒนาสารไวแสงกลุ่มฟีโนไทอะซิเนียม ซึ่งมองเมทิลีนบลูเป็นโครงสร้างต้นแบบที่มีจุดอ่อนซึ่งทราบอยู่แล้ว ไม่ใช่สารไวแสงที่พัฒนาจนสมบูรณ์ การเปลี่ยนโครงสร้างเพียงเล็กน้อยทำให้ความชอบไขมัน การนำเข้าสู่เซลล์ ตำแหน่งสะสมภายในเซลล์ ปริมาณออกซิเจนสถานะซิงเกล็ตที่สร้างขึ้น ความเป็นพิษในภาวะไม่มีแสง และความต้านทานต่อการรีดิวซ์เปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น การเติมหมู่เมทิลให้โครโมฟอร์เพิ่มความชอบไขมันและการสร้างออกซิเจนสถานะซิงเกล็ต พร้อมทั้งชะลอการรีดิวซ์ไปเป็นรูปลิวโคที่ไม่ทำงาน และสารอนุพันธ์ที่เติมหมู่เมทิลแสดงความเป็นพิษจากแสงสูงกว่าที่ประมาณ 7.2 J ต่อตาราง cm ในงานวิจัยที่บททบทวนอ้างอิง อย่างไรก็ตาม ความชอบไขมันที่มากขึ้นไม่ได้หมายความว่าดีกว่าเสมอไป เพราะความไม่ชอบน้ำที่มากเกินไปลดความสามารถในการละลาย ส่งเสริมการรวมกลุ่ม และอาจทำให้รูปทรงที่จำเป็นต่อปฏิกิริยาโฟโตเคมีเปลี่ยนไป

ประเด็นเรื่องรูปลิวโคควรเน้นเป็นพิเศษ เพราะมองไม่เห็นด้วยตา เมทิลีนบลูในรูปออกซิไดซ์มีสีน้ำเงินและดูดกลืนแสงสีแดง ส่วนลิวโคเมทิลีนบลูในรูปรีดิวซ์แทบไม่มีสีและดูดกลืนแสงในแถบเดียวกันได้ไม่ดี สีย้อมที่ถูกรีดิวซ์ภายในเซลล์หรือในเนื้อเยื่อที่มีออกซิเจนน้อยจึงถูกตัดออกจากกลุ่มสารที่ทำงานเมื่อได้รับแสงชั่วคราว จนกว่าจะถูกออกซิไดซ์อีกครั้ง ดังนั้น สภาวะรีดอกซ์ของเนื้อเยื่อจึงเปลี่ยนความเข้มข้นของสารไวแสงที่ทำงานได้จริง แม้ความเข้มข้นที่ใช้จะคงเดิม ประวัติการพัฒนาสูตรตำรับ รวมถึงการใช้สีย้อมกลุ่มนี้ในคลินิกและห้องปฏิบัติการช่วงแรก ๆ อธิบายไว้ในประวัติเมทิลีนบลูในทางการแพทย์

ตารางการศึกษา: สิ่งที่แปรผันและความหมายของแต่ละตัวแปร

ตารางด้านล่างเป็นตารางเปรียบเทียบที่จัดทำขึ้นสำหรับบทความนี้โดยเฉพาะ แต่ละแถวเป็นตัวแปรการรักษาหนึ่งตัวที่งานศึกษาต้องรายงาน อ่านตามแนวนอนเพื่อดูว่าเหตุใดการเปลี่ยนค่าหนึ่งจึงเปลี่ยนความหมายของค่าอื่นทั้งหมด

ช่วงค่าข้างต้นเป็นช่วงที่พบในงานศึกษา ไม่ใช่แนวทางที่แนะนำ ความแตกต่างนี้คือสาระสำคัญของตาราง ช่วงปริมาณแสงที่รายงานซึ่งกว้างมากเป็นหลักฐานในตัวเองว่าไม่มีปริมาณแสงสำหรับเมทิลีนบลูที่นำไปใช้ข้ามบริบทได้ บริบทห้องปฏิบัติการที่เกี่ยวข้องกับงานไบโอฟิล์มซึ่งกระตุ้นด้วยแสงอยู่ในเมทิลีนบลูกับไบโอฟิล์ม ส่วนพื้นฐานที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับผิวหนังและการบำบัดด้วยแสงอยู่ในเรื่องความไวต่อแสงของผิวหนังและพื้นฐานปริมาณแสง

เหตุใดค่าพลังงานเท่ากันจึงให้ผลทางชีวภาพต่างกันได้

ความสับสนสี่ประการเกิดขึ้นซ้ำ ๆ เมื่อมีการอ้างพารามิเตอร์ที่ตีพิมพ์โดยไม่คำนึงถึงบริบท

ประการแรก ฟลูเอนซ์ไม่ใช่ปริมาณที่ได้รับทั้งหมด การฉายแสงสองครั้งที่มีความยาวคลื่นเท่ากันและค่า J ต่อตาราง cm เท่ากันย่อมต่างกัน หากครั้งหนึ่งให้เร็วและอีกครั้งให้ช้า เพราะการพร่องของออกซิเจน การซ่อมแซมระหว่างฉายแสง และการซีดจางของสีย้อมจากแสงล้วนขึ้นอยู่กับอัตราและเวลา การรายงานพลังงานโดยไม่ระบุความเข้มรังสีและเวลาฉายแสงจึงอธิบายการทดลองได้ไม่ครบถ้วน

ประการที่สอง สมบัติเชิงแสงของเนื้อเยื่อทำให้ค่าที่ตั้งบนโคมไฟเปลี่ยนความหมาย การดูดกลืน การกระเจิง เรขาคณิตของพื้นผิว และการกระเจิงกลับทำให้ฟลูเอนซ์ภายในเนื้อเยื่ออาจต่างจากค่าที่วัดตรงช่องปล่อยแสงของโคมไฟอย่างมีนัยสำคัญ ในบางสถานการณ์อาจต่างกันเกือบสองเท่า ตามวรรณกรรมการวัดปริมาณรังสีทางคลินิก ค่าที่คัดลอกจากบทความวิจัยอธิบายเรขาคณิตของงานนั้น ไม่ใช่เรขาคณิตทุกแบบ

ประการที่สาม ตำแหน่งสะสมเป็นตัวกำหนดเป้าหมาย สีย้อมที่มีประจุบวกกระจายเข้าไปอยู่ในเยื่อหุ้ม ไมโทคอนเดรีย ไลโซโซม ชั้นหุ้มของแบคทีเรีย หรือเมทริกซ์นอกเซลล์ โดยขึ้นอยู่กับสูตรตำรับ ประจุ ความชอบไขมัน ช่วงเวลา และเนื้อเยื่อ บททบทวนโฟโตเคมีปี 1993บันทึกความเสียหายต่อกรดนิวคลีอิก โปรตีน ลิพิด เยื่อหุ้ม ออร์แกเนลล์ ไวรัส แบคทีเรีย เซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และระบบเนื้องอก นี่คือเหตุผลโดยตรงที่สีย้อมชนิดเดียวกันเมื่อใช้ร่วมกับแสงจึงอาจทำให้เกิดการตายผ่านเส้นทางต่างกันในระบบทดลองต่างกัน

ประการที่สี่ ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่ถูกใช้หมดได้ อัตราฟลูเอนซ์สูงอาจใช้ออกซิเจนเร็วกว่าการเติมกลับด้วยการแพร่และการไหลเวียนเลือด ทำให้เกิดภาวะออกซิเจนต่ำชั่วคราวระหว่างฉายแสง เมื่อเกิดเช่นนั้น การเพิ่มแสงจะเพิ่มผลของ Type II เพียงเล็กน้อยหรือไม่เพิ่มเลย การแบ่งฉายแสงเป็นช่วง ๆ และการใช้ความเข้มรังสีต่ำลงจึงถูกศึกษาเพื่อรับมือกับข้อจำกัดนี้ส่วนหนึ่ง และเป็นเหตุผลที่ระยะเผื่อความปลอดภัยกับภาวะออกซิเจนของเนื้อเยื่อควรอยู่ในมาตรฐานความปลอดภัยและการกำกับดูแลทางคลินิก ไม่ใช่ในคู่มือโคมไฟ

ขั้นตอนที่นำโดยผู้ประกอบวิชาชีพทางคลินิก ไม่ใช่สูตรทำเองที่บ้าน

การรักษาที่ศึกษาอยู่ดำเนินการในบริบทที่มีทั้งการวินิจฉัย การวัดปริมาณรังสี และการกำกับดูแล ต้องมีผู้ยืนยันว่ารอยโรคคืออะไรและลึกเพียงใด เลือกสูตรตำรับและช่วงเวลาระหว่างให้สารกับฉายแสงให้เหมาะกับเป้าหมายนั้น สอบเทียบแหล่งแสงในพื้นที่และเรขาคณิตที่กำหนดไว้ และติดตามผิวหนัง ดวงตา ความเจ็บปวด และการตอบสนองของเนื้อเยื่อเฉพาะบริเวณ บททบทวนการพัฒนาฟีโนไทอะซิเนียมที่ใช้อ้างอิงวางกรอบงานทั้งหมดนี้เป็นการปรับความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างกับฤทธิ์ให้เหมาะสมภายใต้สภาวะควบคุม ไม่ใช่เพียงใช้สีย้อมร่วมกับแสงสีแดงทั่วไป

การเลียนแบบที่บ้านไม่สามารถควบคุมตัวแปรเหล่านี้ได้ครบแม้แต่ตัวเดียว โคมไฟสำหรับผู้บริโภคแทบไม่รายงานความเข้มรังสีเชิงสเปกตรัมที่สอบเทียบแล้ว ณ ระยะที่ใช้รักษา ความเข้มข้นของสีย้อมที่ใช้ไม่ได้บอกสัดส่วนโมโนเมอร์หรือตำแหน่งสะสมภายในเซลล์ ไม่ทราบภาวะออกซิเจนของเนื้อเยื่อ และภาวะนี้เปลี่ยนไประหว่างฉายแสง ไม่มีช่วงค่าที่อ้างอิงใดรองรับแนวทางทำเองที่บ้าน และบทความนี้ตั้งใจไม่ให้สูตรที่นำไปใช้ได้ ผู้อ่านที่ประเมินคุณภาพหลักฐานโดยทั่วไปควรอ่านวิธีอ่านงานศึกษาเมทิลีนบลูก่อนสรุปจากบทความวิจัยเพียงฉบับเดียว ส่วนผู้ที่สนใจแนวทางใช้แสงเพียงอย่างเดียวโดยไม่มีสารไวแสงควรเริ่มจากการบำบัดด้วยแสงสีแดงโดยไม่ใช้สารไวแสง

สิ่งที่บทความนี้ไม่ได้ยืนยัน

บทความนี้ไม่ได้ยืนยันว่าการบำบัดโฟโตไดนามิกด้วยเมทิลีนบลูรักษาภาวะผิวหนังใดให้หาย กำจัดการติดเชื้อใด หรือรักษาเนื้องอกใด บททบทวนเชิงกลไกที่อ้างอิงในที่นี้วัดปฏิกิริยาโฟโตเคมีและเปรียบเทียบโครงสร้างสีย้อม โดยไม่ได้กำหนดความเข้มข้นหรือฟลูเอนซ์สำหรับใช้ทางคลินิก ช่วงพารามิเตอร์ที่ยกมาข้างต้นมาจากรายงานในมนุษย์และแบบจำลองสัตว์ที่หลากหลาย ซึ่งมีเป้าหมาย ความลึก สูตรตำรับ และตัวชี้วัดผลลัพธ์ต่างกัน จึงไม่สามารถนำมาเฉลี่ยเป็นคำแนะนำได้ หลักฐานเฉพาะด้านเนื้องอก รวมถึงข้อจำกัดของรายงานทางคลินิกยุคแรกเกี่ยวกับมะเร็งเซลล์ฐาน คาโปซีซาร์โคมา และเมลาโนมา ได้รับการประเมินแยกไว้ในชุดงานวิจัยมะเร็ง ประเด็นความบริสุทธิ์และแหล่งจัดหาวัสดุเกรดห้องปฏิบัติการเป็นคนละเรื่องกับการรักษา และอธิบายไว้ในวิธีเลือกผลิตภัณฑ์เมทิลีนบลู