зцілює СВІТЛО

Професор Е. Ф. Странадко.

Гематопорфірин. На основі цієї речовини були створені перші фотосенсібілізірующіе препарати для фотодинамічної терапії.

Чутливість злоякісних пухлин до фотодинамічної терапії (включаючи повну і часткову регресію)

Сеанс фотодинамічної терапії. По тонкому световоду лазерний промінь підводиться прямо до ураженого місця.

Простий досвід, який демонструє фотодинамічної вплив на мікроорганізми.

Схема електронних переходів в молекулі фотосенсибілізатора.

Проникність шкіри для світла різних довжин хвиль.

З плодів амми великий отримують фурокумаріни, які використовують для лікування псоріазу.

Звіробій містить гиперицин - речовина, що підвищує чутливість шкіри до видимого світла і ультрафіолетових променів.

<

>

- Євген Пилипович, розкажіть, будь ласка, на чому заснований метод фотодинамічної терапії? Судячи з назви, лікування пов'язано зі світлом?

-Цей метод заснований на тому, що пухлинні клітини руйнуються під дією активних форм кисню, які утворюються в фотохімічної реакції. Тому світло і справді необхідний компонент фотодинамічної терапії. Тільки світло певних довжин хвиль, а саме червоний здатний проникати в живі тканини. Щоб підвищити чутливість тканин до червоного світла, потрібен фотосенсибілізатор - другий компонент фотохімічної реакції. Причому такий барвник, який здатний вибірково накопичуватися в пухлинних клітинах. Третій необхідний компонент, без якого лікувальний ефект неможливий, - це кисень, завжди присутній в живих організмах. Фотосенсибілізатор переносить енергію світла на кисень, завдяки чому останній переходить в так зване синглетное стан. Синглетний кисень хімічно дуже активний: він окисляє білки та інші біомолекули і тим самим руйнує внутрішні структури пухлинної клітини. Клітка стає нежиттєздатною, і її "з'їдають" фагоцити - "санітари" організму.

Варто сказати, що крім прямого знищення ракових клітин є ще один важливий ефект: фотодинамічна терапія викликає пошкодження кровоносних судин всередині пухлини, які живлять її і доставляють кисень. А без поживних речовин пухлина, образно кажучи, починає гинути від голоду. Таким чином, атака йде з двох сторін - руйнування клітини зсередини і "голодна блокада" зовні.

- Як давно існує цей метод?

- Перший сеанс фотодинамічної терапії було проведено майже сто років тому, в 1903 році в Німеччині професором Мюнхенського університету Г. Таппайнером і його колегами. Тоді ж був введений і термін "фотодинамічної дію". А почалося все з того, що в 1897 році студент цього ж університету Оскар Рааб виявив, що мікроорганізми, вміщені в розчин барвника акридинового оранжевого, гинуть на сонячному світлі. Потім виявилося, що фототоксичних дію мають і деякі інші речовини, зокрема еозин, яскраво-рожевий флуоресціюючий барвник. Перших пацієнтів з базальноклітинним раком шкіри обличчя лікували так: уражені місця просто змащували розчином еозину і потім опромінювали світлом дугової лампи.

Незважаючи на успіх цих дослідів, метод розвивався вкрай повільно. В основному фотосенсібіліза тори намагалися застосовувати для діагностики раку, що, звичайно, теж було дуже важливо. Але по-справжньому інтерес до фотодинамічної терапії спалахнув тільки в кінці сімдесятих років, коли американський вчений Т. Догерті опублікував вражаючі результати клінічного застосування цього методу. Догерті опромінював пацієнтів світлом лазера на барвниках і використовував в якості фотосенсибілізатора препарат на основі гематопорфірину, пізніше отримав назву "фотофріна".

- Коли почався розвиток фотодинамічної терапії в Росії?

- З кінця вісімдесятих років. Головним ініціатором цього виступив член-кореспондент Російської академії медичних наук, професор О. К. Скобелкін. Зарубіжний фотофріна був дуже дорогий, були потрібні доступні вітчизняні сенсибілізатори. Російським аналогом фотофріна став Фотогем, створений під керівництвом професора А. Ф. Миронова в Московській академії тонкої хімічної технології імені М. В. Ломоносова. Десять років тому, в лютому 1992 року, цей препарат був вперше застосований для лікування раку. Зараз Фотогем дозволений Міністерством охорони здоров'я РФ для широкого клінічного використання. Пізніше з'явилися й інші вітчизняні препарати - Фотосенс, аласенс. Постійно йде пошук нових сполук, і основні критерії відбору - це високий ступінь вибірковості по відношенню до злоякісних тканин, поглинання в червоній області спектра і швидке виведення з організму.

- А чому фотосенсибілізатор накопичується саме в пухлинних клітинах? З чим це пов'язано?

- У фотодинамічної терапії застосовують в основному фотосенсибілізатори з групи порфіринів. Ще в двадцяті роки було показано, що гематопорфірін, який, до речі, сам по собі є в живому організмі, має підвищену спорідненість до ракових клітин. Чому це відбувається, до сих пір до кінця не зрозуміло, але є дані, що порфіріни зв'язуються з сироватковими білками, в тому числі з ліпопротеїнами низької щільності. А пухлинні клітини містять велику кількість особливих рецепторів, до яких прикріплюються ліпопротеїни. Тому фотосенсибілізатори в комплексі з ліпопротеїнами скупчуються на цитоплазматичних мембранах клітини і мембранах внутрішньоклітинних органел: мітохондрій, лізосом, ядра.

- Які види раку найкраще піддаються фотодинамічної терапії?

- Звичайно, частіше за все ми застосовуємо цей метод для лікування раку шкіри і слизових оболонок. Фотодинамічна терапія просто незамінна в тих випадках, коли пухлина розташована в "незручних" місцях: на губі, в порожнині рота, на столітті, на вушних раковинах. Хірургічна операція в таких випадках веде до серйозних косметичних дефектів і функціональним обмеженням. Уяви ті, наприклад, яке викладачеві або екскурсоводу погодитися на видалення мови. Це ж справжня трагедія! А методом фотодинамічної терапії вдається прибрати таку пухлину без хірургічного втручання.

У міру розвитку методу та накопичення досвіду ми почали застосовувати фотодинамічної терапії та для лікування раку внутрішніх органів. Щоб підвести світло до пухлини, використовують ендоскоп - прилад, який дуже широко застосовується в сучасній медицині. Він дозволяє нам дістатися до пухлин, розташованих в шлунку, стравоході, трахеї і великих бронхах. Завдяки ендоскопічної техніки можна застосовувати фотодинамічної терапії в гінекології і при раку сечового міхура. Є технічні прийоми, які дозволяють підвести світло до потрібного місця пункційної, тобто через прокол. Цей спосіб використовують при раку молочної залози. В останні роки стали відпрацьовувати технологію для підшлункової залози, великого дуоденального сосочка, загальної жовчної протоки і навіть для внутрішньопечінкових проток. Це ті випадки, де хірургічна операція складними для виконання, навіть якщо пухлина невелика.

- Як джерело світла завжди використовують лазер?

- Зазвичай так. Але в принципі можна застосовувати будь-яке джерело, що дає світло тієї довжини хвилі, яка збуджує барвник. Наприклад, проекційні лампи, світлодіоди. Лазер ж потрібен тільки тому, що лазерний пучок дуже вузький і його можна ввести в тонкий моноволокон кварцовий світловод, щоб потім цей світловод через ендоскоп підвести до пухлини і провести прицільне опромінення пошкодженого місця. Для пухлин, розташованих зовні, на поверхні тіла, лазер необов'язковий, хоча і в цьому випадку вузький направлений пучок світла дуже зручний.

- Як підбирають дози світла і фотосенсибілізатора, як лікарі знаходять той потрібний рівень впливу, щоб пухлина загинула?

- Є певні правила проведення клінічних випробувань. Всі препарати проходять попередню експериментальну перевірку на культурі клітин і на тварин. На першій стадії клінічних випробувань перевіряють, чи є у препарату лікувальний ефект і чи не шкодить він здоров'ю, а на другій стадії підбираються дози. І потім ми даємо рекомендації щодо застосування препарату з урахуванням розмірів, форми і локалізації пухлини.

У фотодинамічної терапії використовують низькоенергетичні лазери і підбирають дозу опромінення так, щоб не був перевищений поріг чутливості до термічного впливу - він становить приблизно 400 милливатт на квадратний сантиметр. Якщо поріг буде перейдено, пацієнт відчує біль і печіння. Нам вдається цього уникнути. Метод тим і хороший, що не вимагає анестезії, ні місцевої, ні загальної. Він дозволяє лікувати тих пацієнтів, яким наркоз противопо казан або небезпечний.

- А що собою являє сама лікувальна процедура?

- Пацієнту вводять розчин фотосенсибілізатора, зазвичай внутрішньовенно. Щоб барвник накопичився в пухлини, потрібен якийсь час - від декількох годин до двох-трьох днів. Потім пухлина опромінюють світлом, як правило, протягом декількох хвилин. Далі починається процес розсмоктування пухлини - він триває 2-3 тижні. Більшості хворих досить одного сеансу, хоча в запущених випадках через деякий час лікування доводиться повторювати.

- Які основні переваги фотодинамічної терапії перед традиційними методами лікування раку?

- Перш за все, локальність впливу. Вона забезпечується тим, що, по-перше, барвник накопичується вибірково, в пухлини. По-друге, ми направляємо світло тільки на уражену ділянку. Цим фотодинамічна терапія вигідно відрізняється від традиційних методів лікування раку.

Інший плюс - косметичний. Після фотодинамічної терапії на шкірі залишається лише ніжний рубець практично того ж кольору, що і навколишні тканини, іноді з легкої пігментацією. Це дуже важливо для пацієнтів з пухлинами на відкритих ділянках тіла.

- Невже при фотодинамічної терапії немає ніяких побічних ефектів?

- Єдиний і цілком природний недолік фотодинамічної терапії - то, що після лікування пацієнтові доводиться уникати яскравого світла, іноді досить довго - до декількох тижнів. Це пов'язано з тим, що, хоча фотосенсибілізатор накопичується в основному в пухлини, все-таки якесь його кількість осідає в інших тканинах. В результаті на деякий час шкіра стає надмірно чутливою до світла, тому пацієнтові краще уникати сонячних променів, інакше з'являться набряки, почервоніння, а потім пігментація, що нагадує загар. Але і цей побічний ефект фотодинамічної терапії скоро буде зведений до мінімуму: зараз вже синтезовані фотосенсибілізатори, які виводяться з організму за два-три дні.

- При хіміотерапії ракові клітини з часом набувають стійкості до препаратів, переважною їх зростання. Чи не відбувається щось подібне при фотодинамічної терапії?

- Дуже цікавий і важливий питання. Якщо підходити з позицій логіки, то стійкості пухлин до фотодинамічної терапії виникати не повинно, тому що руйнівним чинником є ​​кисень - тільки в більш активному, ніж зазвичай, стані. А кисень потрібен всім живим клітинам - і нормальним і ракових. Тому клітина не може виробити стійкість до кисню - тим самим вона прирече себе на вимирання.

Є і ще один аргумент: при фотодинамічної терапії немає мутагенного дії, тобто вона не викликає генетичних змін в клітинах. А механізм появи пухлинних штамів, стійких до хімічних препаратів, пов'язаний саме з мутаціями.

У клінічній практиці, за нашим досвідом, до десяти повторних сеансів з одним і тим же фотосенсибілізатором не викликали звикання. Однак за кордоном в останні роки іноді з'являються короткі повідомлення про те, що в експериментальних умовах окремі види ракових клітин виявляють певну стійкість до деяких фотосенсибілізатори. З чим це пов'язано - поки не ясно, але наука не стоїть на місці, і вже розробляються методики, які дозволять впоратися і з цією проблемою, якщо вона виникне при лікуванні хворих.

- Ви згадували, що фотосенсибілізатори використовуються не тільки для лікування, але і для діагностики. Розкажіть про це, будь ласка.

- Так, завдяки здатності багатьох фотосенсибилизаторов флуоресцировать пухлина можна як би виділити на тлі здорової тканини. Зараз проходить клінічні випробування російський препарат аласенс на основі похідних d-аминолевулиновой кислоти, він дуже зручний для флуоресцентної діагностики. Оскільки в злоякісних клітинах сенсибілізатора набагато більше, ніж в навколишньому тканини, то при освітленні ультрафіолетом або видимим синім світлом у пухлини з'являється яскраве червоне свічення. Можна розглядати і ті осередки, які при звичайному освітленні не видно. А раннє виявлення раку - це, як правило, стовідсоткове лікування.

- Які подальші перспективи розвитку цього методу? Застосовують його при інших, які не ракових захворюваннях?

- Так, безумовно. Протягом останнього десятиліття, після того як фотодинамічна терапія завоювала міцні позиції в онкології, її почали активно застосовувати і при інших хворобах. Я не буду перераховувати їх всі - список займе цілу сторінку, скажу лише про найцікавіші результати.

Один із прикладів - використання методу в офтальмології, при віковій дегенерації жовтої плями, яка нерідко виникає у людей старше 50 років. Почавшись, цей процес прогресує, знижуючи гостроту зору. В області жовтої плями, де розташовані зорові аналізатори, розвивається мережа дрібних кровоносних судин. В результаті нормальні здорові тканини заміщуються більш щільними, фіброзними, які не пропускають світла. На початкових етапах, які тягнуться роками, вдається зупинити процес. Вже сотні людей проліковані цим методом за кордоном. На жаль, у нас в країні офтальмологи поки не взяли його на озброєння. Зате ми спільно з МНТЦ "Мікрохірургія ока" використовували фотодинамічної терапії для профілактики помутніння пересадженою рогівки. Пересадка рогівки - це основний спосіб усунення опікового більма на оці. Така травма, як правило, результат нещасного випадку, і страждають молоді люди. Але після пересадки в рогівці може розвинутися патологічна капілярна мережа, і тоді настає рецидив сліпоти. Вчасно проведений сеанс фотодинамічної терапії допомагає уникнути ускладнень.

Інший приклад - лікування атеросклерозу. Атеросклеротичні бляшки, як і пухлинні клітини, здатні накопичувати деякі фотосенсибілізатори. Тому фотодинамічної терапії почали застосовувати для усунення бляшок у великих артеріальних судинах, куди можна ввести світловод. Ця процедура набагато простіше і дешевше, ніж операція аортокоронарного шунтування та інші аналогічні операції, а ефект той же.

Нещодавно ми почали інтенсивно використовувати фотодинамічної терапії для лікування тривало не загоюються гнійних ран і трофічних виразок. Місцеве застосування фотосенсибілізатора і опромінення світлом призводить до швидкому загоєнню ран. Зрозуміло, спочатку були проведені експерименти на культурах патогенних мікробів, часто зустрічаються в гнійних ранах. Під дією світла кількість мікроорганізмів, попередньо інкубованих в розчині сенсибілізатора, зменшувалася в сотні і тисячі разів. І що, можливо, найголовніше - при фотодинамічної дії гинуть і ті штами бактерій, у яких виробилася стійкість до антибіотиків.

Є й інші перспективи - наприклад, лікування ревматоїдних артритів, оскільки патологічні тканини, що утворюються в суглобах при артриті, теж здатні накопичувати барвник.

З появою нових ефективних фотосенсибилизаторов можливості застосування методу стануть ще ширше. До речі, американські вчені вважають, що за значенням для людства винахід фотодинамічної терапії можна порівняти з відкриттям антибіотиків.

Фотосенсибілізатори - це речовини, які здатні "підсилювати" дію світла, а точніше, передавати його енергію іншим речовинам і тим самим запускати ланцюжок самих різних фізичних і хімічних процесів.

Щоб органічна Речовини Було фотосенсібілізатором, его молекула неодмінно винна мати в своєму складі Хромофорную групу атомів, яка здатно поглінаті світло у відімій або бліжньої ультрафіолетової області спектра. Саме хромофорам (це слово походити від грецького chroma - колір) забезпечують яскравість фарб в природі. Поглинувши квант світла, молекула отримує додаткову енергію і переходить в збуджений стан. При цьому змінюється конфігурація її електронної хмари. Говорячи спрощено, один з двох електронів, що знаходяться на верхній заповненої молекулярної орбіталі, перескакує на більш високий рівень енергії. Залежно від того, як взаємно орієнтовані спини цих двох електронів, стану називають синглетними або триплетними. Поглинувши квант, молекула переходить з основного стану в синглетное порушену. У такому стані вона живе зовсім недовго - не більше декількох мікросекунд, тобто мільйонні, а найчастіше лише мільярдні частки секунди.

Що відбувається далі? Є кілька шляхів. Молекула може випромінювати світло з іншого довжиною хвилі (це явище називають флуоресценцією), може розсіяти енергію в тепло або ж, наприклад, просто розвалитися на частини. Але є ще одна можливість, і саме вона зазвичай реалізується в фотосенсибілізатори - перехід в триплетное стан. Такий перехід називається інтеркомбінаціонной конверсією, при цьому електрон змінює напрямок спина. Триплетні стану - довгоживучі, зрозуміло за мірками мікросвіту. Типовий час їхнього життя - це соті і тисячні частки секунди, хоча в особливих умовах, наприклад в замороженому розчині, молекула може знаходитися в тріплетном стані кілька секунд або навіть десятків секунд. Для переходу з триплетного стану в основний теж є кілька шляхів: теплове розсіювання енергії, випускання світла (фосфоресценція). Однак сотих часток секунди все ж цілком достатньо, щоб значна частина порушених триплетних молекул встигла передати свою енергію іншим молекулам або вступити в хімічну реакцію.

Найбільший інтерес представляють ті реакції, які призводять до утворення вільних радикалів і активних форм кисню. Наприклад, збуджений барвник може відірвати атом водню від молекули білка. Білкова молекула перетворюється в радикал, і починається ланцюжок окислювальних реакцій. Сам фотосенсибілізатор примудряється "вийти сухим з ​​води": він дозволяє кисню відірвати вже не потрібний йому водень і повертається в початковий стан, готовий поглинути чергову порцію світла. Що стосується кисню, то він в результаті перетворюється в дуже активний аніон-радикал, так званий супероксид.

Якщо триплетна молекула сенсибілізатора безпосередньо стикається з молекулою кисню, то кисень відбирає у сенсибілізатора енергію і сам переходить в збуджений стан. Кисень в синглетному збудженому стані, як і супероксид, надзвичайно активний: обидві ці маленькі верткі частки дуже рухливі і здатні окислити буквально все, що попадається у них на шляху.

Фотосенсибілізатори зустрічаються в природі досить часто, вони містяться в організмі людини і тварин (наприклад, порфірини - компоненти гемоглобіну та інших білків), входять до складу рослин. Люди давно здогадалися, що рослини, що підвищують чутливість до світла, можна використовувати в медицині. Ще в ХIII столітті арабські лікарі застосовували препарати з аммі великий (сімейство зонтичних) для лікування депігментації шкіри (лейкодермії). Вже пізніше з'ясувалося, що до складу аммі входять фурокумаріни - саме вони і забезпечують фотосенсибилизирующего ефект. Зараз препарати на основі фурокумаринов в поєднанні з опроміненням довгохвильовим ультрафіолетом (320-390 нанометрів) застосовують для лікування псоріазу, вітіліго, мікозів.

Але фурокумаріни придатні для застосування тільки на поверхні шкіри. Велика частина ультрафио літа поглинається в епідермісі, тобто на глибині в одну десяту міліметра. Шар шкіри товщиною в два міліметри майже повністю затримує видиме світло в діапазоні 400-600 нанометрів, і тільки червоне світло з довжинами хвиль 630-750 нанометрів і інфрачервоне випромінювання здатні проникати в підшкірні тканини. До речі, в цьому легко переконатися за допомогою ялинкової гірлянди з мініатюрними різнокольоровими лампочками: прикрийте кінчиками пальців синю або зелену лампочку і ви нічого не побачите, а ось світло від червоної лампочки пройде крізь шкіру і внутрішні тканини, хоча і сильно ослаблений.

Тому для фотодинамічної терапії ракових пухлин, що активно розвивається в останні десятиліття, використовують сенсибілізатори на основі порфіринів - вони якраз поглинають червоне світло. Крім того, деякі порфірини мають чудову здатність накопичуватися саме в пухлинних клітинах, що дозволяє запобігти або зменшити пошкодження здорових клітин в процесі руйнування пухлини.

Окислювальні процеси, які "запускає" фотосенсибілізатор, для здорових тканин шкідливі і небезпечні. На жаль, серед широко поширених ліків багато таких, які мають побічну фотосенсибилизирующим дією. Це фенотіазини, тетрацикліни, сульфаніламіди, тіазиди, нестероїдні протизапальні препарати, антибіотики на основі налидиксовой кислоти (фторхінолони), піроксикам і деякі інші. Тому тим, хто приймає ці препарати, не варто проводити багато часу на сонці - це може закінчитися фотодерматитом або кон'юнктивітом, а також збільшує ризик розвитку катаракти і раку шкіри. Фотосенсибилизирующего ефект роблять деякі вітаміни, наприклад рибофлавін (B2) і піридоксин (B6).

Причиною підвищеної чутливості до світла можуть стати і рослини, причому зовсім екзотичні, а самі звичайні, наприклад звіробій, в якому міститься сильний фотосенсибілізатор гиперицин. Через це речовини іноді страждає домашню худобу: якщо корови випадково з'їдають багато звіробою, то після тривалого перебування на сонці на шкірі тварин з'являються почервоніння, пухирі, набряки. Відомі випадки, коли фотодерматит виникав через контакт з соком зелених частин петрушки, пастернаку, селери, які містять фурокумаріни.