Механизмы действия фотодинамической терапии

Для проявления эффекта фотодинамической терапии необходимо сочетание трех компонентов.

Одним обязательным компонентом является световое воздействие. Другим обязательным участником ФДТ является фотосенсибилизатор, который аккумулируется в патологическом очаге.

В биологических объектах, а именно в патологических клетках, клетках, подвергшихся воспалению, активно пролиферирующих тканях, запускается каскад фотохимических реакций с образованием синглетного кислорода и свободных радикалов, оказывающих патогенное действие на патологический очаг [79, 80, 84].

Возможно развитие трех типов реакций при воздействии света и фотосенсибилизатора.

1. В ходе реакции первого типа происходит прямое взаимодействие фотосенсибилизатора, находящегося в возбужденном светом состоянии, с биологическим материалом. При этом образуются свободные радикалы, реагирующие с кислородом.

Эта реакция состоит из четырех этапов [17, 74]:

На первом этапе под воздействием света молекула сенсибилизатора С переходит в возбужденное состояние *C:

C + hu ^ *C (1.1)

На втором этапе эта молекула, находясь в возбужденном состоянии, реагирует с субстратом клетки, в результате чего образуются свободные радикалы:

*C + RH ^ *CH + R* (1.2)

На третьем этапе гидрированная форма сенсибилизатора окисляется кислородом воздуха в исходную структуру:

*CH +O₂ ^ C + HO₂* (1.3)

На четвертом этапе радикал биологического субстрата R* может окислять либо другие субстраты, либо присоединять кислород, образую перекисные радикалы RO₂*.

R* + O₂=RO₂* (1.4)

2. При реакции второго типа возбужденная молекула сенсибилизатора воздействует с молекулярным кислородом, образуя активную синглетную форму кислорода O₂. Эта синглетная форма кислорода имеет значительно большую подвижность по сравнению с формой *C (реакция первого типа) и более активно окисляет внутренние элементы клетки. Механизм реакции по второму типу обычно преобладает при фотодинамической терапии.

Основное различие между реакциями первого и второго типа заключается в роли синглетного кислорода. Она наиболее значима в реакциях второго типа.

В реальных биологических системах обе реакции, как правило, происходят одновременно, вызывая серию фотодинамических повреждений, которые ведут к гибели клеток [127].

3. Третьим вариантом преобразования энергии, полученной при поглощении квантов излучения, является флюоресценция, когда возбужденная молекула фотосенсибилизатора переходит в основное состояние с излучением кванта света, т.е. фотохимической реакции не происходит.

Протекание процесса фотодинамической терапии можно разделить на четыре этапа:

1. Введение фотосенсибилизатора.

2. Накопление фотосенсибилизатора в очаге патологии.

3. Облучение патологического очага лазером.

4. Рассасывание разрушенных клеток и замещение их на нормальные клетки.

Накопление фотосенсибилизатора в патологических тканях, избирательность

этого накопления и фармакокинетика очень важны для проведения ФДТ.

Причина избирательного накопления сенсибилизаторов в опухолях до конца не ясна [134], но предполагается, что этой избирательности способствуют определенные физиологические особенности таких тканей. Этими особенностями могут быть повышенное содержание рецепторов к белкам низкой плотности, присутствие большого количества макрофагов, снижение рН [72, 81, 99, 101].

Наибольшее значение в транспорте фотосенсибилизатора к клеткам или молекулам-мишеням принадлежит антителам, липосомам и лектинам [111].

Липопротеиды плазмы крови, особенно их низкомолекулярная фракция, способны доставлять любые фотосенсибилизаторы к клеткам-мишеням, прикрепляясь к их специфическим рецепторам. Активно пролиферирующие клетки обладают максимальным количеством таких рецепторов.

Еще одним способом доставки фотосенсибилизатора к патологическим клеткам являются моноклональные антитела. Конъюгаты моноклональное антитело-фотосенсибилизатор в больших концентрациях прикрепляются к цитоплазматической мембране опухолевой клетки. При генерации синглетного кислорода происходит повреждение мембраны с последующей гибелью клетки- мишени. Такая целенаправленная доставка фотосенсибилизатора к клетке- мишени позволяет снизить дозу лекарственного препарата.

Кроме того, исследования показали, что фотосенсибилизатор наиболее активно накапливается на цитоплазматической мембране, в органеллах клетки, в частности, в митохондриях, приводя к немедленной инактивации митохондриальных ферментов [122].

Таким образом, исследования показывают, что в процессе фотодинамической терапии происходит сложный комплекс изменений, объектами которых могут быть лизосомы, митохондрии, цитоплазматические мембраны и др.

В зависимости от внутриклеточной локализации различен механизм повреждения клетки. Митохондриальная локализация приводит в большинстве случаев к апоптозу, а локализация в плазматической мембране или лизосомах, как правило, ведет к некрозу [126].

Помимо прямого поражения клеток при ФДТ, большое значение имеет и окклюзия ее сосудов. Индуцируемое фотодинамическим воздействием поражение эндотелиальных клеток приводит к адгезии тромбоцитов и дегрануляции, в результате этого формируется стаз, аггрегация клеток крови и закупорка сосуда.

После проведения ФДТ происходит выброс эйкозаноидов, включая тромбоксан и гистамин, а также фактора некроза опухолей, который может также вносить свой вклад в развитие окклюзии сосудов [113].

Таким образом, в настоящее время считается, что деструктивный и противоопухолевый эффект при проведении фотодинамической терапии связан с комбинацией различных процессов, включающих прямое повреждение патологических клеток, разрушение сосудистой сети патологических тканей и активации имунного ответа.

1.6.3.