Путь к свету: фотодинамическая терапия

В далеком 1899 г. немецкий исследователь Оскар Рааб (Oscar Raab) проводил опыты на инфузориях Paramaecium caudatum. Он добавлял в их среду обитания соединения, а после наблюдал за простейшими. Очень скоро он заметил, что различные красители (акридиновый оранжевый, хинин и т.п.) в низкой концентрации приводят к быстрой гибели инфузорий, причем проявляется этот эффект только на свету. Интересным также оказалось то, что общей чертой для исследуемых красителей была флуоресценция. Как было выявлено в ходе дальнейших исследований, флуоресценцию красителей вызывают те же световые волны, которые оказывали максимальное повреждающее воздействие на парамецию.

Путь к свету: фотодинамическая терапия Исследования О. Рааба стали первым шагом к открытию революционной методики лечения самых разных заболеваний, известной сегодня как фотодинамическая терапия (ФДТ). ФДТ дают различные определения, но в целом ее можно охарактеризовать как метод лечения различных заболеваний (онкологических, кожных, инфекционных), основанный на применении специальных веществ (фотосенсибилизаторов) и облучении пораженных участков светом с определенной длиной волны. ФДТ также известна под названиями фоторадиационной терапии, фототерапии и фотохимиотерапии.

Наиболее широкая область использования ФДТ — терапия раковых опухолей поверхностной локализации. Кроме того, ФДТ интенсивно применяют в дерматологии для лечения лучевого кератоза, акне вульгарис и гнойных, долго не заживающих ран. Также существуют исследования, посвященные применению ФДТ в стоматологии для лечения инфекций ротовой полости (Wilson M., 2004).

В чем состоит данный метод? На первом этапе пациент получает фотосенсибилизатор (внутривенно, перорально или наружно), после чего тот попадает в ткани-мишени. Второй этап может занимать от нескольких часов до нескольких суток ? он необходим для накопления фотосенсибилизатора в тканях-мишенях. Третий этап включает активацию фотосенсибилизатора в присутствии кислорода с помощью воздействия света с определенной длиной волны непосредственно на пораженные участки. Поскольку фотосенсибилизаторы способны накапливаться преимущественно в тканях, которые быстро растут (например в раковых опухолях), а также благодаря прямому воздействию света на них, осуществляется избирательная гибель пораженных клеток, которая не затрагивает окружающие структуры. Четвертый этап заключается в разрушении пораженной ткани и может длиться от 2 до 4 нед и более (Куценюк В.В., Гамалея Н.Ф., 2003).

На сегодня механизм ФДТ до конца не изучен. Современная теория ФДТ предполагает, что все происходит следующим образом: попадая в клетку, молекулы фотосенсибилизатора адсорбируются на органеллах; после облучения клеток светом с определенной длиной волны образуется активная форма сенсибилизатора, которая начинает взаимодействовать с кислородом, а тот в свою очередь становится химически активным и окисляет субстрат. Окислению подвергаются в первую очередь липиды, входящие в состав клеточных мембран, а также аминокислоты в составе белков и другие соединения. В результате этого клетка гибнет.

Как и любой другой метод, ФДТ имеет свои преимущества и недостатки. Среди первых по сравнению с традиционной терапией можно выделить такие: отсутствие продолжительных побочных эффектов; метод является менее инвазивным, нежели хирургия; избирательное воздействие на ткани и клетки; в отличие от радиационного облучения при лечении онкологических заболеваний ФДТ может применяться столько раз, сколько необходимо; после заживления пораженного участка практически не остается шрамов; ФДТ может также использоваться не только для лечения опухолей, но и для диагностики и локализации раковых клеток. Однако ФДТ имеет и свои ограничения. С ее помощью можно лечить только те участки тела, которые имеют доступ к свету. Также к недостаткам ФДТ можно отнести повышенную чувствительность к прямому солнечному свету пациентов, принимающих фотосенсибилизаторы. Кроме того, ФДТ не рекомендуют пациентам с острой перемежающейся порфирией или аллергией на порфирины.

В качестве источников света для ФДТ используют те, которые обладают необходимыми спектральными характеристиками и высоким максимумом интенсивности в границах поглощения света фотосенсибилизатором. Сюда относят лазеры (испускают монохроматический свет и благодаря этому воздействие их максимально эффективно; уменьшается время облучения, а также лазеры могут быть применены вместе с оптоволоконными кабелями, благодаря чему можно осветить практически любой полый орган (желудок, кишечник, легкие)); источники некогерентного света (среди достоинств ? могут осветить большой участок поверхности, имеют невысокую по сравнению с лазерами стоимость, меньшие размеры, а также просты в использовании).

Фотосенсибилизаторы

После открытия токсического воздействия на живые клетки определенных соединений, облученных светом, остро встал вопрос о практическом применения данного эффекта. Именно поэтому ученые начали разрабатывать фотосенсибилизаторы ? вещества, которые в идеале избирательно накапливаются в тканях-мишенях и практически не затрагивают здоровых тканей, а также переходят в активную форму после облучения светом.

В настоящее время за плечами у ученых и врачей многолетняя практика разработки и использования различных фотосенсибилизаторов. Мы постараемся рассмотреть наиболее распространенные.

Производные гематопорфирина и другие порфириновые фотосенсибилизаторы

На сегодня изучено множество химических соединений, похожих по строению на красители, которые использовал О. Рааб. Группу таких соединений называют порфиринами, они представляют собой пигменты, широко распространенные в природе. Порфирины присутствуют также и в человеческом теле ? в составе молекул гемоглобина, миоглобина, цитохромов, а также таких ферментов, как каталаза и пероксидаза.

Исторически первой группой фотосенсибилизаторов стали производные гематопорфирина. В 1993 г. HpD (смесь мономера, димера и олигомеров гематопорфирина) был одобрен в качестве фотосенсибилизатора в Канаде, а затем в Европе, США и Японии для лечения рака шейки матки, желудка, мочевого пузыря и пищевода. В настоящее время в США порфимер натрия, известный под торговой маркой Photofrin^®, одобрен и используется для лечения рака кожи, болезни Боуэна, синдрома невоидной базально-клеточной карциномы, синдрома Баррета, опухолей влагалища, вульвы и шейки матки (www.cancer.org).

Специально для лечения возрастной дегенерации желтого пятна сетчатки был разработан бензопорфирин, производное которого выпускается под торговым названием Visudyne^® (вертепорфин, «Novartis»). Несмотря на то что этот препарат является фотосенсибилизатором, он не используется для лечения рака. Вертепорфин накапливается быстропролиферирующими клетками, в том числе и клетками новообразованных кровеносных сосудов в сетчатке больных. После активации фотосенсибилизатора отмечается достаточно быстрая закупорка мелких сосудов, в то время как крупные, нормальные сосуды остаются открытыми.

5-аминолевулиновая кислота ? естественная аминокислота, которая является предшественником протопорфирина ІХ, превращающегося в гем под воздействием фермента феррохелатазы. Введенная в организм экзогенная аминолевулиновая кислота связывается частью феррохелатазы. Кроме того, активность феррохелатазы в опухолевых клетках снижена по сравнению со здоровыми. Оба этих фактора приводят к селективному накапливанию протопорфирина ІХ в опухолевых клетках. Для того же чтобы повысить специфичность и ускорить проникновение протопорфирина ІХ, исследователями разрабатываются конъюгаты этого вещества с различными белками (например с гонадотропин-рилизинг-гормоном) и антителами, а также протопорфирин ІХ внедряют в липосомы и связывают с наночастицами, что позволяет доставить его точно к цели (Martina E. Wieder, Duncan C. Hone, 2006). На сегодня существует множество препаратов на основе 5-аминолевулиновой кислоты. Например, в США для лечения лучевого кератоза и лимфомы кожи одобрен Levulan^® («DUSA Pharmaceuticals»), в России — Аласенс (Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр «НИОПИК») и т.д.) (www.cancer.org).

Метиловый эфир аминолевулиновой кислоты лишен недостатка ранних форм аминолевулиновой кислоты, которые сравнительно медленно проникали в раковые клетки. Он легко и быстро проникает в клетки-мишени. Метиламинолевулинат был одобрен Управлением по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (Food and Drug Administration) в июле 2004 г. для лечения лучевого кератоза лица и волосистой части головы под торговым наименованием Metvixia™ («PhotoCure™») в форме 16,8% крема.

Будущее ФДТ

Наука не стоит на месте, и в настоящее время разрабатываются фотосенсибилизаторы второго поколения, которые должны:

проникать в опухоли, находящиеся в глубоких слоях кожи и других тканей тела;
быть максимально селективными в отношении клеток-мишеней;
накапливаться целевыми клетками интенсивно и быстро, чтобы временной промежуток между введением препарата и облучением становился максимально коротким;
быстро выводиться из организма, уменьшая время развития фоточувствительности.

Многие из фотосенсибилизаторов второго поколения проходят клинические исследования, а некоторые уже используются в практике (www.clinicaltrials.gov).

Фталоцианины и их производные. В процессе поиска эффективных фотосенсибилизаторов ученые обратили внимание на фталоцианины, поскольку те легко растворяются в воде и усиленно поглощают красный свет. Комплексы фталоцианинов с кремнием, цинком и алюминием в настоящее время используются в практике ФДТ для лечения поверхностных опухолей различных органов.

Хлорины и бактериохлорины. Порфирины и фталоцианины являются относительно стабильными молекулами, поэтому их так широко используют. Однако ядро порфирина способно поглощать свет в очень ограниченном диапазоне. Хлорин же способен поглощать свет в гораздо большем спектральном окне. Именно поэтому ученые обратили внимание на эти соединения.

Одним из первых хлоринов было производное хлорофилла А — так называемый хлорин е6. К сожалению, это вещество вызывало длительную светочувствительность у пациентов, поэтому дальнейшие исследования велись над его производными, например моно-1-аспартилхлорином, который обладал большей биодоступностью и был эффективен в более низких дозах, нежели его предшественник.

В настоящее время производные хлорина и бактериохлорина применяются в практике: в США для лечения опухолей глотки, пищевода, кожи и ротовой полости одобрен препарат Photochlor^®, в России — Фотодитазин^® (ООО «Вета-Гранд» совместно с МНТК «Хирургия глаза») и Радахлорин («Рада-Фарма™») и т.д.

Соединения тяжелых металлов. В ходе многочисленных исследований было доказано, что некоторые соединения тяжелых металлов способны также функционировать как фотосенсибилизаторы. В настоящее время проводятся клинические исследования таких веществ, как лютеция мотексафин, красители халькогенопирилий (Chalcogenopyrilium, патент № EP20010302586), метиленовый синий и пр.

Разработка новых фотосенсибилизаторов не является единственным направлением улучшения ФДТ. Учеными также ведется конструирование новых источников света и оптимизация существующих схем терапии, таких как комбинация ФДТ с хирургическими методами и интерстициальное лечение (использование сверхтонких оптоволоконных зондов для облучения глубоко расположенных опухолей). Но, пожалуй, самым главным направлением является получение новых знаний о процессе ФДТ, о ее механизмах, ведь от этого зависит количество излеченных больных, многие из которых получат возможность вновь познать радость жизни.

Имея за плечами почти столетнюю историю, ФДТ сегодня является одним из наиболее перспективных методов лечения раковых, кожных и некоторых инфекционных заболеваний. По всему миру ведутся разработки новых фотосенсибилизаторов и методов повышения эффективности ФДТ. Онкологи, дерматологии и исследователи уверены, что ФДТ ожидает большое будущее.

Анна Тютюнникова
по материалам журналов «Онкология»;
«Journal of Medicinal Chemistry»;
«Photochemical and Photobiological Sciences»;
www.cancer.org; www.clinicaltrials.gov;
emedicine.medscape.com; www.visudyne.com