Диссертация (1141401), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Г. Таппинер ввел термин «фотодинамическое действие» дляописания специфической фотохимической реакции, которая приводит кгибели биологических систем в присутствии света, поглощающего световоеизлучение красителя и кислорода [24].При поглощении кванта видимого света молекула ФС переходит изосновного электронного состояния S0 в короткоживущее синглетноевозбужденное состояниеS , которое в результате флуоресценции или1 *внутренней конверсии релаксирует в основное состояние, а также путеминтеркомбинационной конверсии заселяет относительно долгоживущеетриплетное возбужденное состояние 3S*.
ФС в триплетном возбужденномсостоянии может реагировать с молекулами окружающей среды, в том числес кислородом в основном (триплетном) состоянии 3О2. Первичной стадиейэтих реакций обычно является фотоперенос электрона или атома водорода.Механизмдеградацииклеточныхструктур,инициированныхэтими24превращениями, относят к типу I (Рисунок 3).
При взаимодействии ФС ввозбужденном триплетном состоянии с молекулярным кислородом возможентакже перенос энергии к кислороду, при этом образуется синглетныйкислород (СК), а ФС переходит в основное состояние:S + 3О2 → S0 + 1О2.3 *Рисунок 3. Типы фотореакций [52]В отличие от механизма I, по которому активные формы кислорода(ОН и О2–) генерируются в процессах, инициируемых первичнымифотохимическимиреакциямипереносаэлектронаилипротона,СКобразуется в фотофизических процессах переноса энергии, и механизм ФДТв этом случае классифицируют как механизм типа II (Рисунок 3) [52].Фотодинамический эффект всегда протекает по двум основным типамфотореакций, но в реальности за счет насыщения тканей кислородомпреобладают реакции II типа. Преобладание того или иного типа реакцийтакже контролируется количеством и скоростью диффузии кислорода вткани,новлюбомслучаепутьчерезобразованиеСКимеетпреимущественное значение и в отличие от всех остальных надежнопродемонстрирован в экспериментах [1].25После разрушения опухолевых клеток в результате ФДТ в тканяхпроисходят все те процессы, которые сопровождают гибель клеток,независимо от причины, к ней приведшей.
Фотодинамическое воздействиеможет индуцировать как некроз, так и апоптоз в зависимости от силы иинтенсивности воздействия, а также от того, какие клеточные структурыповреждаются в первую очередь. Например, после кратковременнойинкубации (1 ч) фотофрин прежде всего накапливался в плазматическоймембране и последующее освещение вызывало преимущественно некроз. Апосле продолжительной инкубации (24 ч), когда краситель распределялся повсей клетке и сосредотачивался в митохондриях, доминировал апоптоз [137].Предполагается, что для ФДТ воздействие на митохондрии оптимально, таккак оно эффективно индуцирует апоптоз, предпочтительный с медицинскойточки зрения [147].
Однако основной тип клеточной гибели при ФДТопухолей, когда для большей надежности применяют максимальныевоздействия, – некроз [112].При лизисе погибающих клеток происходит высвобождение продуктовраспада, стимулирующих как гибель соседних клеток, так и фагоцитозклеточных обломков соседними клетками или лейкоцитами крови. Фагоцитозпродуктов распада больших опухолей представляет серьезную проблему дляорганизма, поэтому лучшие результаты достигаются при лечении небольшихновообразований.
В случае массивной некротической гибели клеток подвлиянием интенсивногофотодинамическоговоздействияформируетсярубцовая ткань, а при преимущественном развитии апоптоза продуктыраспадаклетокуспеваютперевариватьсясоседнимиклеткамиимакрофагами, заживление раны происходит быстрее, рубец не формируется идостигается лучший косметический эффект [24, 102, 127].Важную роль в разрушении опухоли в результате ФДТ играетсосудистый компонент.
Повреждение сосудов при ФДТ впервые обнаружилаБ.У. Хендерсон в 1985 г., считая его основным в механизмах деструкции26опухолей[144].Результатомфотодинамическойреакцииявляютсяфункциональные микроциркуляторные расстройства, разрушение эндотелиякровеносныхсосудов,активациятромбоцитовсвысвобождениемтромбоксана и их агрегация, образование пристеночных и окклюзирующихтромбов, сдавление капилляров в результате интерстициального отека. Всевышеперечисленное приводит к нарушению кровотока в ткани опухоли,вплоть до полного его прекращения, и развитию некроза [13].1.1.4.
Источники света для ФДТДля успешного проведения ФДТ необходимо иметь источник света,излучающий на длине волны поглощения ФС и позволяющий точноконтролировать мощность и дозу облучения [58]. Выбор источника светаопределяется, прежде всего, длиной волны и пиком оптического поглощенияконкретного ФС. Длина волны, которая активизирует ФС, являетсяопределяющим фактором тканевой проницаемости, т.к. от нее зависитвозможность подведения света с адекватной для фотодинамическогоповреждения опухоли плотностью мощности на необходимую глубинуткани.ДляФДТзлокачественныхновообразованийприменяютпреимущественно свет красного диапазона, соответствующего«окнупрозрачности» биоткани (600-1200 нм) и обеспечивающего достаточнуюглубину проникновения в ткань.
При этом обеспечивается достаточнаяобъемная однородность облучения.В клинической практике природа и локализация опухоли определяютспособ подведения света: наружного (поверхностного), внутриполостногоили внутритканевого. Метод подведения света в свою очередь определяетвыбор источника света, когерентного или некогерентного. Для наружногооблучения используют как когерентные, так и некогерентные источникисвета. Для внутриполостного и внутритканевого – только когерентные(лазеры).
Лазерный свет можно внести в тонкое оптическое волокно и черезбиопсийныйканалэндоскопаподвестикопухоливнутреннего27паренхиматозного органа при эндоскопической ФДТ или через относительнотонкую иглу – внутрь опухоли при внутритканевой ФДТ [101].Для ФДТ в основном применяют источники света с непрерывнымрежимом работы. Это связано с тем, что он обеспечивает наиболееуправляемую доставку квантов к молекулам ФС для фотохимическойреакции без каких-либо дополнительных нелинейных или термическихизменений ткани.
Вместе с тем для ФДТ активно используют импульсныеисточники света. Дело в том, что излучение, попадая в ткань, поглощается нетолько красителем, но и непосредственно тканью, нагревая ее. Излучение свысокой средней мощностью глубоко проникает в ткань, что обеспечиваетболее эффективное фототоксическое воздействие, но в то же время иусиливает термическое повреждение ткани. Указанное препятствие можнообойти путем импульсного облучения – в этом случае необходимая дозанабираетсямощностью,короткимиавнепосредственноимпульсамипаузевмеждуизлученияимпульсамипоглощающихсявеществахсвысокойтепло,пиковойвыделившеесяткани,равномернораспределяется в облучаемом участке и частично уходит в прилежащиеткани, не принося особого вреда [78].Вплоть до 80-х годов в ФДТ широко использовались мощныексеноновые лампы.
Однако крайне низкий КПД такого рода источников, и,как следствие, низкая эффективность, нестабильность в работе, большиегабариты и вес, короткий срок службы долгое время сдерживали широкоевнедрение метода ФДТ в клиническую практику. На смену лампам пришлилазерные источники света. Лазерное излучение отличается от света любыхдругихизвестныхисточниковмонохроматичностью,когерентностью,поляризованностью и изотропностью [101, 117].Для проведения ФДТ лазерное излучение низкой интенсивности сдлиной волны 630 нм впервые было применено в 1980 г. На сегодняшнийдень выпускаются лазерные установки с различными длинами волн,28генерирующие излучение мощностью до нескольких ватт, а для некоторыхдлин волн и до нескольких десятков ватт, с возможностью облучения тканейчерез гибкие оптоволоконные световоды.
Среди серийно выпускаемыхдиодных лазеров можно найти устройство с длиной волны излучения,соответствующеймаксимумупоглощенияпрактическилюбогоизсуществующих на сегодняшний день ФС и с достаточной для применения вклинике мощностью [109].Кроме лазеров могут применяться и нелазерные источники света. Впоследние годы для ФДТ все шире привлекаются некогерентные источникиразличныхтипов:галогеновые,газоразрядные,металлогалоидныеифлюоресцентные лампы.
Новый виток их использования для ФДТ связан сестественным техническим прогрессом развития, и в первую очередь сдостижениями в области создания мощных полупроводниковых светодиодов.С другой стороны, развиваются методики, не требующие направленнойканализациикогерентногоизлучения,напримердерматологические.Аппаратура на базе некогерентных источников, например с УФ-излучением,как правило, проще по устройству и дешевле лазерной [2, 101].1.1.5. ФотосенсибилизаторыФС является ключевым компонентом фотодинамической реакции. Напротяжении всего периода существования метода ФДТ его развитие шло попути поиска идеального ФС, были синтезированы и изучены десяткивеществ, обладающих фотосенсибилизирующими свойствами.
На основаниианализа результатов экспериментальных и клинических исследованийсформулированы основные требования к оптимальному ФС:• наличиеполосы(полос)интенсивногопоглощениявозбуждения;• высокий квантовый выход триплетного состояния;• постоянный химический состав;• технологичность производства;вспектре29• устойчивость при хранении и введении в организм;• высокая селективность накопления в ткани опухоли по сравнению сокружающими нормальными тканями;• слабое накопление в коже;• сравнительно быстрое выведение из организма;• низкая токсичность [88].В настоящее время, несмотря на наличие достаточно хорошихпрепаратов, идеальный ФС, отвечающий всем требованиям, все еще ненайден.ФС могут быть классифицированы по различным параметрам –химическому строению, происхождению, спектральным характеристикам,поколениям.
На сегодняшний день все известные ФС с учетом спектральныххарактеристик можно разделить на три группы: 1) порфирины и их аналоги стерапевтическим окном поглощения в области 620-640 нм, 2) хлорины,фталоцианины и другие соединения с интенсивным поглощением винтервале 660-750 нм, 3) бактериохлорофиллы, нафталоцианины и иныекрасители, интенсивно поглощающие в области 760-900 нм. Поиск ФС,обладающих поглощением в более дальней ИК-области, представляетсямалоперспективным в связи со значительным уменьшением прозрачноститканей. Определенные ограничения заложены и в природе самого ФС.
Так,для достижения батохромного смещения в группе порфиринов необходимосущественно увеличить систему сопряжения в макроцикле, однако этоприводит к снижению устойчивости сенсибилизатора и его разрушению поддействием света. Кроме того, по мере смещения в красную областьуменьшаетсяэнергиятриплетноговозбужденногосостоянияФС,врезультате снижается выход СК, вызывающего разрушение опухолевыхклеток, а при пороговом значении 94 кДж/моль генерация СК вообщеневозможна [68].30НаибольшеераспространениеполучилаклассификацияФСпопоколениям. Принято выделять три поколения препаратов.ФС I поколенияРазвитие и становление ФДТ рака тесно связано с разработкой первыхФС на основе гематопорфиринов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
