CC BY
85
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ СОНО-ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ... 29
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 616-006.3.04-092.4:615.831.035
Д.А. Церковский, Е.Н. Александрова, В.Н. Чалов, Ю.П. Истомин
СОНО-ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ С ФОТОЛОНОМ САРКОМЫ М-1 КРЫС
Республиканский научно-практический центр онкологии и медицинской радиологии им. Н.Н. Александрова, п. Лесной, Минская область, Республика Беларусь
Контактная информация
Истомин Юрий Петрович, доктор медицинских наук, заведующий отделом комплексной терапии с экспериментальной группой и группой химиотерапии
адрес: 223040, п. Лесной, Республика Беларусь, тел. +(37517)265-35-31. e-mail: tzerkovskv @mail .ru
Статья поступила 30.09.2012, принята к печати 31.10.2012.
Резюме
Основной целью данного исследования было изучение противоопухолевой эффективности комбинированного использования низкоинтенсивного ультразвукового излучения и фотодинамической терапии с Фотолоном в лечении экспериментальной опухоли крыс саркома М-1. Показано, что совместное фотооблучение опухоли в экспозиционной дозе 100 Дж/см2 и воздействие ультразвуком с интенсивностью 0,7 Вт/см2 и частотой 880 кГц позволяет добиться 100 % некроза опухолевой ткани и существенно увеличить глубину ее повреждения.
Ключевые слова: соно-фотодинамическая терапия, фотосенсибилизатор, Фотолон, саркома М-1.
D.A. Tzerkovskv, E.N. Alexandrova, V.N. Chalau, Y.P. Istomin SONOPHOTODYNAMIC THERAPY FOR SARCOMA M-1 IN RATS
N.N. Alexandrov National Cancer Center of Belarus
Abstract
Objective of this study was to investigate the combination of low-intensity sonication and photodynamic therapy with Photolon for the ablation of experimental sarcoma M-1 tumor in rats. Maximal antitumour effect (100 %) was achieved after Photolon-mediated photodynamic therapy with total exposed light 100 J/cm2 and sonodynamic therapy at ultrasound intensity 0,7 W/cm2 andfrequency of 0,88 MHz.
Key words: sonophotodynamic therapy, photosensitizer, Photolon, sarcoma M-1.
Введение
Недостаточная эффективность используемых методов терапии злокачественных новообразований обусловливает необходимость поиска новых путей решения этой проблемы. Одним из них, показавшим свою перспективность в последние годы, является ФДТ, основанная на использовании эффекта селективной лазерной фотодеструкции предварительно сенсибилизированной опухолевой ткани. Основной мишенью для фотодинамического воздействия являются эндотелиоциты кровеносных сосудов и система макрофагальных клеток, фотооблучение которых приводит к выработке медиаторов воспаления и ци-токинов (лимфокины, тромбоксаны, простогландины и др.), играющих весомую роль в сосудистом компоненте деструкции стромы опухоли [1; 4]. Действие ФДТ включает прямое цитотоксическое действие на опухоль, приводящее к некрозу и апоптозу опухолевой клетки, повреждение микрососудистого русла опухоли вследствие развивающегося сосудистого стаза, тромбоза и кровоизлияний, приводящих к ее гипоксии и последующей гибели [7]. На современном этапе ФДТ используется для радикального лечения предраковых состояний и злокачественных опухолей на начальных стадиях, в частности, при раке кожи (особенно локализованном на лице, ушных раковинах), раке пищевода, мочевого пузыря, молочной же-
лезы, легкого, эзофагите Баррета, дисплазиях шейки матки, опухолях головного мозга. Основным ограничением существующего метода ФДТ является относительно небольшая глубина проникновения лазерного излучения и повреждения опухолей. Так, для гема-топорфирина, фотофрина I и II она составляет 2-3 мм [12], порфиценов - 1-3 мм [15], эфиров 5-амино-левулиновой кислоты - 1-2 мм [17], талапорфина - 57 мм [10], фотосенса - 6-8 мм [16], бензохлоринов -9-11 мм [11]. Применение таких фотосенсибилизаторов (ФС), как фГалоцианин цинка, тексафиринов (ап-йт, 1ийт), тукада (производное бактериохлорофилла а), фоскана позволяет увеличить глубину повреждения до 12-16 мм [5; 8; 13]. Вместе с тем, использование данных ФС связано с длительным периодом накопления и выведения из организма, кожной фототоксичностью, недостаточной избирательностью накопления в опухолевой ткани, высоким риском возникновения выраженного болевого синдрома и высокой стоимостью. В последние годы отмечается повышенный интерес к использованию ультразвука в лечении злокачественных новообразований. Ряд авторов показали, что при локальном ультразвуковом воздействии частотой 0,5-3,0 МГц и интенсивностью 0,5-5,0 Вт/см2 потенцируется цитотоксичность многих химиопрепаратов и фотосенсибилизаторов, что связывают с увеличением проницаемости клеточных мембран [6; 14; 20]. Вещества, приобретающие кан-
цероцидные свойства под влиянием ультразвука, называют соносенсибилизаторами [2], а это направление в онкологии - сонодинамической терапией (СДТ). Эффективность СДТ подтверждена данными ряда экспериментальных исследований, одновременно изучаются возможности усиления противоопухолевой эффективности ФДТ при ее комбинированном использовании с СДТ [3; 18; 19]. О значительном увеличении медианы жизни 115 больных III-IV стадиями РШМ, рака мочевого пузыря, РМЖ, рака пищевода, РПЖ, леченных методом соно-ФДТ, сообщили J.N. Kenyon et al. [9].
Цель исследования - изучить в эксперименте на животных с перевивной опухолью саркомой М-1 возможности повышения противоопухолевого эффекта фотодинамической терапии с ФС Фотолон сонодинамическим воздействием.
Материалы и методы
Экспериментальные исследования проведены на 55 белых беспородных крысах, массой 170±20 г, разведения вивария РНПЦ ОМР им. Н.Н. Александрова.
Животные были распределены на 11 групп по 5 особей в каждой (см. табл.).
В качестве экспериментальной опухолевой модели использовали штамм саркомы М-1 (Са М-1), полученный из Банка опухолевых штаммов ФГБУ «РОНЦ им. Н.Н. Блохина» РАМН.
Опухоли перевивали подкожно в левую паховую область путем введения 0,5 мл 20%-ной опухолевой суспензии в растворе Хенкса.
Исследования проводили через 11-13 суток после перевивки, когда диаметр опухолей достигал 1,5-2,0 см.
Фотосенсибилизатор Фотолон (РУП «Бел-медпрепараты», Минск, Республика Беларусь) вводили внутривенно, однократно, в дозе 2,5 мг/кг.
Перед началом воздействий крыс вводили в состояние нейролептанальгезии (0,25 %-ный раствор дроперидола и 0,005 %-ный раствор фента-нила в соотношении 2:1 по 0,3 мл на 100 г массы животного, внутримышечно).
Шерстяной покров в зоне роста опухолевого очага депилировали и для уменьшения светорассеяния кожу смазывали вазелиновым маслом.
Таблица
Показатели площади и глубины некрозов в саркоме М-1_________________________________________________
№ Воздействие Площадь опухоли, см2 Площадь некрозов Глубина некрозов, мм
см2 %
1 Интактный контроль 2,39±0,17 0 0 0
2 УЗ 0,4 Вт/см2 3,43±0,13 1,09±0,06 31,71±2,39 6,63±1,12
3 УЗ 0,7 Вт/см2 4,13±0,16 1,44±0,11 34,92±3,11 9,46±1,61
4 УЗ 1,0 Вт/см2 3,16±0,11 1,25±0,09 39,61±2,97 9,87±1,52
5 Фотолон + УЗ 0,4 Вт/см2 3,16±0,21 1,71±0,17 54,16±4,17 10,02±1,38
6 Фотолон + УЗ 0,7 Вт/см2 3,54±0,19 2,47±0,13 67,96±3,99 12,98±0,97
7 Фотолон + УЗ 1,0 Вт/см2 4,26±0,22 3,16±0,17 74,25±4,73 14,96±2,14
8 Фотолон + УЗ 0,4 Вт/см2 + фотооблучение 50 Дж/см2 3,56±0,23 2,3±0,22 64,55±8,46 13,87±2,11
9 Фотолон + УЗ 0,7 Вт/см2 + фотооблучение 50 Дж/см2 3,00±0,14 2,57±0,18 85,64±5,33 17,29±2,01
10 Фотолон + УЗ 1,0 Вт/см2 + фотооблучение 50 Дж/см2 4,11±0,25 3,27±0,19 79,56±7,77 16,55±3,12
11 Фотолон + УЗ 0,7 Вт/см2 + фотооблучение 100 Дж/см2 3,73±0,16 3,73±0 100 19,15±1,88
p < 0,05
Источником лазерного излучения служил полупроводниковый лазерный аппарат «ШАР АХГСО№> (УП «Аксикон», Республика Беларусь) с длиной волны излучения 661 нм.
Для ультразвукового воздействия использовали аппарат «УЗТ 1.04-У» («Эмма», Россия) с частотой излучения 880 кГц и максимальной интенсивностью 1,0 Вт/см2. Сеансы ФДТ, СДТ и комбинированную терапию осуществляли через 2,5 часа после введения ФС.
Эффективность воздействий оценивали по площади и глубине некрозов в опухолевой ткани путем прижизненного окрашивания.
Для этого через 24 часа после проведенного лечения крысам вводили внутривенно 0,6%-ный раствор синьки Эванса из расчета 1 мл на 100 г массы тела. Через 2 часа животных умерщвляли хлороформом, опухоль иссекали и фиксировали в течение одного часа в 10%-ном формалине.
После фиксации делали поперечные срезы опухолевого узла по наибольшему диаметру и регистрировали фотокамерой, сопряженной с компьютером. Результаты экспериментов были обработаны в программах ImageJ (№И, Bethesda, ША),
OriginPro 7.0 с определением средних значений и ошибки средней. Статистически значимыми считали различия при р<0,05.
Результаты и обсуждение
Действие только ультразвука (УЗ) с частотой 880 кГц и интенсивностью излучения 0,4; 0,7 и 1,0 Вт/см2 оказывало незначительное противоопухолевое действие на Са М-1 крыс - процент площадей некрозов в опухоли спустя сутки составил 31,71±2,39 %; 34,92±3,11 % и 39,61±2,97 %, соответственно, а максимальная глубина повреждения опухоли при воздействии 1,0 Вт/см2 в течение 10 минут - 9,87±1,52 мм (рис. 1; см. вклейку и табл.).
Сонодинамическое воздействие в виде озвучивания Са М-1 крыс интенсивностью 0,4; 0,7 и 1,0 Вт/см2 в течение 10 минут спустя 2,5 ч после внутривенного введения Фотолона существенно увеличивало площадь некрозов в гистотопографических срезах опухолей до 54,16±4,17 %, 67,96±3,99 % и 74,25±4,73 % и глубину повреждения до 14,96±2,14 мм (рис. 2 и таблица). Соно-фотодинамическое воздействие, включающее в себя озвучивание Са М-1
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ СОНО-ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ... 31
крыс с интенсивностью ультразвуковых колебаний
0,4; 0,7 и 1,0 Вт/см2 спустя 10 мин после введения Фотолона с последующим через 2,5 часа фотооблучением в экспозиционных дозах 50 (рис. 3) и 100 Дж/см2 (рис. 4) приводило к увеличению площадей некрозов в опухоли по сравнению УЗ и СДТ, а также значительному увеличению глубины проникновения лазерного излучения.
Из результатов, представленных в таблице видно, что при использовании комбинированной терапии опухоли (ФДТ 50 Дж/см2 + СДТ 0,4; 0,7 и
1,0 Вт/см2) отмечается повышение противоопухолевой эффективности лечения, что выражается в увеличении площади развившихся некрозов и глубине проникновения лазерного излучения по сравнению с УЗ, СДТ и ФДТ в монорежимах.
Максимальная противоопухолевая эффективность достигалась при 2увеличении экспозиционной дозы света до 100 Дж/см при использовании УЗ колебаний средней интенсивности (0,7 Вт/см2).
Выводы
Предложенный метод комбинированной со-нодинамической и ФДТ саркомы М-1 крыс продемонстрировал высокую противоопухолевую эффективность при внутривенном введении Фотолона в дозе 2,5 мг/кг с последующим воздействием УЗ с частотой 880 кГц и интенсивностью 0,7 Вт/см2 и фотооблучением в экспозиционной световой дозе 50 (площадь некрозов - 85,64 %) и 100 Дж/см2 (площадь некрозов - 100 %).
Литература
1. Гельфонд М.Л. Возможности фотодинамической терапии в онкологической практике // Физическая Медицина. - 2005. - Т.15., № 2. - С. 33-7.
2. Николаев А.Л., Раевский П.М. Сонодинамическая терапия злокачественных опухолей // Рос. хим. журн. - 1998. - Вып. 5. - С. 105-10.
3. Bakhshixadeh M., Sazgarnia A., Rajabi O. et al. Effects of combined sonodynamic and photodynamic therapies on a colon carcinoma tumor model // Iranian J. Basic Med. Sci. - 2011. - 14(3). - P. 205-12.
4. Chen B. Vascular and Cellular targeting for PDT // Crit. Rev. Eukaryot. Gene Exp. - 2006. - 16(4). - P. 279-305.
5. Chen Z., Zhou S., Chen J. et al. Pentalysine beta-carbonylphthalocyanine zinc: an effective tumor-targeting photosensitizer for photodynamic therapy // Chem. Med. Chem. - 2010. - 5(6). - P. 890-8.
6. El Maalouf J., Bera J.C., Alberti L. In vitro sonodynamic cytotoxicity in regulated cavitation conditions // Ultrasonics. - 2009. - 49. - P. 238-43.
7. Fingar V.H. Vascular effects of photodynamic therapy // J. Clin. Laser Med. Surg. - 1996. - 14(5). - P. 323-8.
8. Garrier J., Bressenot A., Grafe S. et al. Compartmental targeting for mTHPC-based in vivo: correlation of efficiency, pharmacokinetics and regional distribution of apoptosis // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. -2010. - 78(2). - P. 563-71.
9. Kenyon J.N., Fulle R.J., Lewis T.J. et al. Activated cancer therapy using light and ultrasound - a case series of sonophotodynamic therapy in 115 patients over a 4 year period // Current Drug Therapy - 2009. - 4. - P. 179-93.
10. Kessel D. Talaporfin: LS 11, LS11, ME 2906, Mono-L-Aspartyl Chlorin e6, NP e6, NPE 6, Taporfin Sodium // Drugs in R&D. - 2003. - 4(1). - P. 69-71.
11. Morgan A.R. Metallopurpurins and light: effect on transplantable rat bladder tumors and murine skin // Photochem. Photobiol. - 1990. - 51. - P. 589-92.
12. O’ConnorA.E., Gallagher W.M., ByrneA.T. Porphyrin and nonporphyrin photosensitizers in oncology: preclinical and clinical advances in photodynamic therapy // Photochem. Photobiol. - 2009. - 85(5). -P.1053-74.
13. Savary J.F., Monnier P., Fontolliet C. Photodynamic therapy for early squamous cell carcinomas of the esophagus, bronchi and mouth with with m-tetra (hydroxyphenyl) chlorine // Arch. Otolaryngol. Head Neck Surg. - 1997. - 123. - P. 162-8.
14. Song W., Cui H., Zhang R. et al. Apoptosis of SAS cells induced by sonodynamic therapy using 5-aminolevulinic acid sonosensitizer // Anticancer Res. - 2011. - 31(1). - P. 39-45.
15. Stockert J.C., Canete M., Juarranz A. et al. Porphycenes: facts and prospects in photodynamic therapy of cancer // Curr. Med. Chem. - 2007. - 14(9). - P. 997-1026.
16. Stranadko E.F. Photodynamic therapy of cancer: five year clinical experience // Proc. SPIE. - 1997. - 3191.
- P. 253-62.
17. Surrenti T., De Angelis L., Di Cesare A. Efficacy of photodynamic therapy with methyl aminolevulinate in the treatment of superficial and nodular basal cell carcinoma: an open-label trial // Eur. J. Dermatol. - 2007.
- 17(5). - P. 412-5.
18. WangX., Lewis TJ., Mitchell D. et al. The tumoricidal effect on sonodynamic therapy (SDT) on S-180 sarcoma in mice // Integr. Cancer Ther. - 2008. - 7(2). - P. 96-102.
19. WangX., Wang Y., Wang P. et al. Sonodynamically induced antitumor effect with protoporfirin IX on hepatoma-22 solid tumor // Ultrasonics - 2011. - 51(5). - P. 536-46.
20. Yumita N., Han Q.S., Kitazumi I. et al. Sonodynamically induced cell damage and membrane lipid peroxidation by novel porphyrin derivate DCPH-P-Na(I) // Anticancer Res. - 2008. -30(6). - P. 2241-6.
Рисунки к статье Д.А. Церковского и соавт.
СОНО-ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ С ФОТЛОНОМ САРКОМЫ М-1 КРЫС
Рис. 1. Гистотопографические срезы Са М-1 крыс после воздействия ультразвуком с частотой 880 кГц, интенсивностью:
A. 0,4;
Б. 0,7
B. 1,0 Вт/см2 в течение 10 минут.
Рис. 2. Гистотопографические срезы Са М-1 крыс после СДТ с Фотолоном (интенсивность ультразвука):
A. 0,4 (А);
Б. 0,7;
B. 1,0 Вт/см2.
Г' - -
лк
Рис. 3. Гистотопографические срезы Са М-1 крыс после соно-ФДТ:УЗ 0,4 (А); 0,7 (Б) и 1,0 Вт/см (В)+ фотооблучение в экспозиционной дозе 50 Дж/см2
-
Рис. 4. Гистотопографические срезы Са М-1 крыс после соно-ФДТ УЗ: 0,7 Вт/см2 + фотооблучение в экспозиционной дозе 100 Дж/см2.
