CC BY
12УДК: 616-006. 04
ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ ОБЛУЧАЕМОЙ ТКАНИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ М. Ю. Улупов
Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова
(Зав. каф. оториноларингологии с клиникой - докт. мед. наук С. А. Карпищенко)
Фотодинамическая терапия - это современный метод лечения онкологических заболеваний, основанный на воздействии световой энергии на опухолевые клетки, содержащие фотосенсибилизирующее вещество. Взаимодействие молекулы фотосенсибилизатора с квантами света определенной длины волны в присутствии достаточного количества молекулярного кислорода приводит к возникновению фотохимических реакций с образованием высокоактивных форм кислорода и радикалов, которые и оказывают губительное воздействие на клетки. Повреждение новообразования осуществляется как за счет прямого цитотоксического действия радикалов, так и за счет повреждения питающих опухоль сосудов микроциркуляторного русла.
В настоящее время наиболее распространенным источником света при фотодинамической терапии является лазер. Достаточно редко используются дуговые лампы и диоды. Преимуществом лазера является возможность получения световой энергии с высокой плотностью мощности и заданной длиной волны, кроме того, лазерное излучение может быть передано по световому волокну.
Существует два способа облучения тканей:
1. дистантный,
2. интерстициальный.
При дистантном способе облучения глубина эффективного воздействия фотодинамичес-кой терапии зависит от проницаемости тканей для света. Лучше всего в биологические ткани проникает красный свет, поэтому при фотодинамической терапии обычно используются длины волн от 630 до 700 нм. Эти длины волн приблизительно соответствуют глубине проникновения света от 0,5 до 1,5 см [3].
Интерстициальная методика позволяет преодолевать эти ограничения и облучать более крупные и глубоколежащие опухоли. Различные исследователи описывают сходную технику интерстициальной фотодинамической терапии. Конец светового волокна (оголенный или со специальным наконечником) погружается в толщу опухоли с помощью полой иглы под контролем УЗИ, компьютерной или магниторезонансной томографии. Далее производится облучение в постоянном или импульсном режиме. В результате в толще опухоли возникает очаг некроза, радиус которого вокруг конца волокна составляет порядка 7-11 мм [4]. Выполняя облучение из нескольких точек вкола, можно проводить фотодинамическую терапию значительно более крупных опухолей.
Согласно литературным данным в последнее время активно изучаются возможности интерстициальной фотодинамической терапии опухолей различных локализаций, например, легких, печени, поджелудочной железы, простаты, кожи и мягких тканей [5]. Интерстициальная фотодинамическая терапия применяется в онкологии в основном с паллиативной целью, когда хирургия, лучевая терапия, химиотерапия исчерпали свои возможности или невыполнимы из-за тяжелого соматического статуса больного.
В современной литературе нам удалось найти не так много работ, посвященных интерстициальной фотодинамической терапии опухолей головы и шеи. Зачастую в них представлено небольшое количество наблюдений, однако, заявленные результаты лечения говорят о перспективности данного метода [1, 2].
В клиническом исследовании P. J. Lou et al. [1] 45 пациентам со злокачественными опухолями головы и шеи была выполнена интерстициальная фотодинамическая терапия с паллиативной целью. В качестве фотосенсибилизатора использовался мезо-тетрагидроксифенилх-лорин (фоскан). Методика облучения соответствовала описанной выше. Через 1 месяц после лечения у 9 пациентов (20 %) наблюдалась полная регрессия опухоли, у 24 (54 %) - частичная регрессия, у 6 (13 %) - размеры опухоли не изменились, у оставшихся 6 (13 %) наблюдалось прогрессирование заболевания. Авторы обращают внимание на то, что, несмотря на паллиативную направленность фотодинамической терапии в данном случае, 5 пациентов оставались живы без гистологических признаков рецидива в течение 10-60 месяцев после лечения. Положительный эффект терапии у 24 пациентов проявился в уменьшении выраженности симптомов, связанных с опухолью (боль, кровотечение). Средняя продолжительность жизни среди пациентов с полной или частичной регрессией опухоли составила 16 месяцев. Авторы наблюдали лишь одно серьезное осложнение - летальное кровотечение из сонной артерии у женщины с метастазами в лимфатические узлы шеи. На МРТ за месяц до лечения было установлено близкое прилежание опухоли к стенке сонной артерии.
H. R. Jager et al. [2] провели интерстициальную ФДТ с фосканом 14 пациентам с рецидивами рака головы и шеи. Все пациенты отметили улучшение качества жизни (уменьшение болей, частоты кровотечений, улучшение дыхания, глотания). На МРТ через 1-3 месяца наблюдалось либо уменьшение опухоли, либо стабилизация ее размеров. В трех случаях проводились повторные сеансы ФДТ. Продолжительность жизни после первого сеанса составила от 3 месяцев до 1,5 лет. Авторы отмечают, что прогноз существенно хуже, если объем опухоли превышает 100 см3.
В большинстве современных зарубежных исследований, посвященных интерстициальной ФДТ, используется фотосенсибилизатор второго поколения мезо-тетрагидроксифенилхлорин (фоскан), применяются сходные режимы и методики облучения. C 2001 года данный препарат официально разрешен к применению в Европейском Союзе для лечения злокачественных новообразований. Фоскан имеет максимум поглощения на длине волны 652 нм, для развития фотодинамического эффекта требует дозу световой энергии 15-20 Дж. Облучение производится с помощью световода, оголенный конец которого погружается в толщу опухоли через просвет инъекционной иглы. Выходная мощность на конце волокна 100 мВт, экспозиция 150-200 секунд. По мнению S. G. Bown [4] такой режим позволяет полностью исключить термические изменения облучаемых тканей, снижающие их проницаемость для света.
В клинике оториноларингологии СПбГМУ имени академика И. П. Павлова с 2006 года изучаются возможности фотодинамической терапии опухолей ЛОРорганов с отечественным фотосенсибилизатором второго поколения «Радахлорин®», который является производным хлорина E6. Данный фотосенсибилизатор, как и фоскан, относится к группе хлоринов, однако существенно отличается от последнего своими свойствами. Радахлорин активируется светом длиной волны 662 нм и для развития фотохимических реакций требует дозу световой энергии порядка 150-300 Дж, что в 10-15 раз превышает таковую при использовании фоскана. Очевидно, что при проведении интерстициальной фотодинамической терапии с радахлорином придется существенно увеличить либо экспозицию, либо мощность излучения. И то, и другое может усилить термическое воздействие на облучаемые ткани и привести к их структурным изменениям (коагуляции и карбонизации).
Большинство исследователей говорят о нежелательности термических изменений облучаемых тканей при фотодинамической терапии, так как они снижают проницаемость этих тканей для красного света, а следовательно уменьшают выраженность фотохимических реакций и эффект всей процедуры [4]. С другой стороны, термический эффект имеет положительную сторону, так как вместе с фотохимическим они вызывают гибель опухолевых клеток. В существующей литературе нам не удалось найти количественных данных, отражающих степень влияния термических изменений биологической ткани (коагуляции и карбонизации) на её оптические свойства (проницаемость для света с длиной волны 662 нм). Эти данные необходимы для правильного выбора режима лазерного облучения при проведении интерстициальной фотодинамической терапии.
Цель исследования
In vitro оценить степень влияния термических изменений биологической ткани на её проницаемость для лазерного излучения с длиной волны 662 нм, а также определить скорость развития этих изменений.
Материалы и методы
В качестве моделей биологической ткани были использованы термически необработанные свиная мышца и говяжья печень. Источником светового излучения служил полупроводниковый лазер с длиной волны 662 нм и максимальной выходной мощностью 2,5 Вт. Оголенный конец светового волокна погружался в биологическую ткань на глубину 1 см. Интерстициальное облучение проводилось в постоянном режиме на мощностях 2,5; 2; 1,5; 1;
0,5; 0,4; 0,3; 0,2 и 0,1 Вт. Экспозиция составляла 10 минут. Во время облучения с расстояния 0,5 см от торца световода внутритканевым датчиком производились измерения плотности мощности световой энергии (с записью показаний каждые 30 секунд). Прибор для измерения плотности мощности с внутритканевым датчиком был предоставлен производителями лазерной установки. Этот прибор показывал плотность мощности в условных единицах и поэтому позволял судить лишь об относительных изменениях данного показателя во времени. В конце облучения термические изменения ткани (коагуляция, карбонизация) оценивались визуально на срезах.
Результаты
Результаты измерений плотности мощности световой энергии (в условных единицах) в биологических тканях в зависимости от времени и выходной мощности излучения на конце световолокна представлены в таблице.
Таблица
Плотность мощности световой энергии в биологических тканях в зависимости от длительности и мощности интерстициального лазерного излучения
Тип ткани Время (мин) Мощность (Вт) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 6 7 8 9 10
Печень 2,5 246 103 72 29 21 10 10 9 10 9 9 8 9 9 9 8
2 220 100 61 28 18 11 10 9 8 9 8 8 8 7 8 7
1,5 180 93 48 19 14 12 8 7 7 7 8 7 8 7 7 7
1 126 90 56 32 21 14 10 5 6 5 5 6 6 5 6 5
0,5 97 82 63 37 16 11 9 7 6 5 5 4 5 4 3 4
0,4 56 53 40 29 17 13 10 8 7 5 4 3 3 4 3 3
0,3 36 32 31 32 29 29 27 28 25 26 26 25 24 25 24 24
0,2 17 16 17 16 16 15 16 15 15 15 14 15 15 15 14 14
0,1 12 12 11 12 11 11 10 11 10 10 10 9 10 9 9 8
Мышечная ткань 2,5 300 141 89 30 18 15 13 12 12 12 13 12 11 11 12 11
2 280 130 77 34 20 13 12 11 12 11 11 10 11 10 10 10
1,5 197 140 106 55 34 18 13 10 11 10 10 11 9 10 10 9
1 107 104 102 99 101 97 98 95 93 93 94 92 90 92 91 90
0,5 62 58 57 54 54 55 53 52 49 48 47 47 48 47 47 46
0,4 55 52 50 48 47 46 44 43 44 43 43 43 42 43 42 42
0,3 31 29 28 26 25 25 24 24 24 23 24 24 23 23 23 23
0.2 19 17 16 16 15 14 15 14 15 15 14 14 14 13 14 13
0.1 15 13 14 13 12 12 12 11 12 11 11 10 11 10 11 12
При проведении внутритканевого облучения мышцы свиньи на мощностях от 1,5 до 2,5 Вт с первых секунд наблюдалось быстрое равномерное снижение плотности мощности световой энергии. За первые 3-5 минут облучения плотность мощности падала в 10-15 раз по сравне-
^£1623^
Молодые ученые
нию с первоначальной, при дальнейшем облучении менялась незначительно. На разрезе мышечной ткани после окончания облучения имелась зона коагуляции диаметром 3-7 мм (в зависимости от длительности облучения) с точечным карбонизатом в центре. При облучении мышцы на меньших чем 1,5 Вт мощностях плотность мощности световой энергии за время облучения снижалась незначительно.
При проведении аналогичной серии опытов на говяжьей печени получены сходные результаты, однако, карбонизация и коагуляция ткани наблюдались при мощностях облучения от 0,4 Вт и выше. Таким образом, термические изменения ткани печени наступают при мощности излучения в 3 раза меньшей, чем при облучении мышцы. Различия между пороговыми мощностями объясняются различной оптической проницаемостью этих тканей для красного света (длина волны 662 нм). Печень на срезе имеет более темную окраску, чем мышечная ткань, поэтому она лучше поглощает видимый красный свет, а, следовательно, и тепловыделение в ткани печени происходит интенсивнее. Окраска и оптические свойства опухолей головы и шеи зависит от их гистологической структуры, степени васкуляризации и пигментации. При выборе мощности и режима излучения для интерстициальной фотодинамической терапии необходимо учитывать все эти факторы.
Выводы:
1. Термические изменения биологической ткани (коагуляция и карбонизация), развивающиеся при интерстициальном лазерном облучении на длине волны 662 нм, приводят к быстрому и значительному падению ее проницаемости для света. К3-5минуте плотность мощности светового излучения снижается в 10-15 раз, что должно негативно сказаться на эффективности интерстициальной фотодинамической терапии.
2. Минимальная мощность излучения, при которой начинаются термические изменения облучаемой ткани, сильно зависит от ее оптической проницаемости для красного света (662 нм). Это необходимо учитывать при выборе мощности лазерного излучения при проведении интерстициальной фотодинамической терапии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Interstitial photodynamic therapy as salvage treatment for recurrent head and neck cancer / P J. Lou, H. R. Jager, L. Jones et al. // Br J Cancer. - 2004. - Vol. 91, № 3. - P 441-446.
2. MR Imaging - Guided Interstitial Photodynamic Laser Therapy for Advanced Head and Neck Tumors / H. R. Jager, M. N. Taylor, T. Theodossy et al. // Am J Neuroradiol. - 2005. - Vol. 26. - P 1193-1200.
3. Photodynamic therapy / T. J. Dougherty, C. J. Gomer, B. W. Henderson et al. //J. Natl Cancer Inst. - 1998. -Vol. 90. - P. 889-905.
4. Photodynamic therapy for cancer of the pancreas / S. G. Bown, A. Z. Rogowska, D. E. Whitelaw et al. // Gut. -2002. - Vol. 50. - P. 549-557.
5. Photodynamic therapy in Oncology / M. Triesscheijn, P. Baas, J. H. Schellens et al. // The Oncologist. - 2006. -Vol. 11. - P 1034-1044.
1633^
