Tkanka nowotworowa świeci na czerwono

Tkanka nowotworowa świeci na czerwono


Diagnostyka i terapia fotodynamiczna są nieinwazyjne i wykazują się bardzo dużą czułością i skutecznością w rozpoznawaniu oraz leczeniu wielu zmian nowotworowych.

Wśród możliwości wczesnego wykrywania schorzeń nowotworowych na czoło wysuwają się markery oznaczane w surowicy krwi, przyżyciowa detekcja tkanki oraz badanie histopatologiczne. Niezbędne jest w tym celu zastosowanie nowoczesnych technik obrazowania tkanek, np. metody badania autofluorescencji bądź metody fotodynamicznej. Charakteryzują się one wysoką czułością i dają możliwość wykrycia nowotworów we wczesnej fazie rozwojowej. Nie bez znaczenia jest również fakt niewielkiej inwazyjności tych form diagnostyki. Zasada ich działania opiera się na ocenie i analizie światła wyemitowanego przez tkankę poddaną działaniu promieniowania ultrafioletowego (UV) lub widzialnego. Pozwala to na postawienie precyzyjnego rozpoznania, prowadzenie celowanej terapii oraz monitorowanie chorych po zakończonym leczeniu.

Diagnostyka fotodynamiczna
Każda tkanka organizmu zawiera endogenne barwniki. Doprowadzenie energii świetlnej o określonej długości fali, odpowiadającej pasmu pochłaniania własnych bądź egzogennych barwników (fotouczulacze), wywołuje fluorescencję tkanek. Daje to charakterystyczne widmo fluorescencyjne. Można je uzyskać na drodze autofluorescencji, inaczej fluorescencji naturalnej lub pierwotnej (poprzez bezpośrednie naświetlanie tkanki promieniowaniem laserowym – laser-induced fluorescency – LIF), lub diagnostyki fotodynamicznej (photodynamic diagnosis – PDD). W tym drugim przypadku analiza widma fluorescencyjnego poprzedzona jest systemowym lub miejscowym podaniem fotouczulacza.

Źródłem autofluorescencji są naturalnie występujące w komórce substancje fluoroforowe: porfiryny, melaniny, beta-karoten, koenzym NADH i FAD, białka zawarte w elastynie i kolagenie oraz pochodne pirydoksyny.

Żeby jednak wzmocnić naturalną fluorescencję tkanki, stosuje się substancje zwane fotouczulaczami (fotosensybilizatorami). W przypadku diagnostyki fotodynamicznej (PDD) uzyskane widmo fluorescencyjne powstaje poprzez nałożenie się autofluorescencji oraz fluorescencji egzogennego fotouczulacza.

Efektem optycznym uzyskanym na drodze autofluorescencji bądź diagnostyki fotodynamicznej jest emisja światła czerwonego przez tkankę nowotworową, a zielonego przez tkankę zdrową.

Aby zobiektywizować badanie, do oceny autofluorescencji wykorzystuje się systemy wizualizacji (np. OncoLIFE, Xillix corp.). Ułatwiają one interpretację wyniku poprzez cyfrowe określenie stosunku barwy czerwonej do zielonej oraz wyznaczenie liczbowe wskaźnika koloru (numerical color value – NCV), co zdecydowanie poprawia czułość i swoistość obrazowania tkanek.

Przeprowadzone przez prof. Aleksandra Sieronia badania wykazały korelację pomiędzy stopniem dysplazji a klasyfikacją histopatologiczną tkanki przednowotworowej bądź nowotworowej. Udowodniono także, iż ocena autofluorescencji jest niezmiernie przydatna w wyborze miejsca do celowanego pobrania wycinków histopatologicznych. Z kolei badania Mayinger’a potwierdziły dużą czułość i swoistość diagnostyki fotodynamicznej we wczesnych fazach rozwoju nowotworów, w momencie, gdy inne metody diagnostyczne zawodzą.

Zaletą diagnostyki fotodynamicznej jest także możliwość nieinwazyjnej oceny skuteczności terapii oraz długoterminowej obserwacji chorych po zakończeniu leczenia. A to umożliwia wczesne wykrywanie miejsc nawrotu zmian patologicznych i jednocześnie pozwala na połączenie w jedną całość procesu diagnostyczno-leczniczego.

Diagnostyka spektroskopowa
Kolejnym krokiem w kierunku obiektywizacji metod obrazowania jest diagnostyka spektroskopowa, wykorzystująca różnice właściwości optycznych tkanek zdrowych i zmienionych chorobowo. Na drodze transmisji i absorpcji, odbicia spektralnego, rozproszenia Ramana, rozproszenia elastycznego oraz fluorescencji i fosforencji uzyskuje się widmo tkanki. Nowoczesne systemy analizy widmowej pozwalają na monitorowanie i planowanie przebiegu terapii fotodynamicznej oraz na ocenę jej efektów w czasie rzeczywistym.

Otrzymane obrazy analizowane są w długościach fal w zakresie 430-450 nm oraz 620-640 nm. Serie obrazów uzyskanych kamerą sprzężoną ze spektrometrem poddawane są wstępnej ocenie. System kamery CCD sprzężonej ze spektrometrem umożliwia odbiór i badanie widma zarówno światła białego odbitego od zmiany chorobowej, jak i światła fluorescencyjnego emitowanego po wzbudzeniu światłem niebieskim. Żeby zwiększyć skuteczność analizy widma emitowanego przez tkankę patologiczną oraz prawidłową, dokonuje się przekształceń przestrzennych map kolorów dla uwidocznienia punktów o najwyższej i najniższej emisji koloru zielonego i czerwonego.

Przeprowadzone badania metaplazji jelitowej w przełyku Barrett’a przy pomocy systemu do oceny autofluorescencji (Xillix Onco LIFE) sprzężonego optycznie z kamerami spektralnymi (kamerą pomiaru widma uśrednionego w całym obrazie oraz kamerą z przestrajalnym filtrem interferencyjnym), pozwoliły wykazać zależność pomiędzy natężeniem emisji fluorescencji w zakresie koloru czerwonego, a zaawansowaniem histopatologicznym procesu nowotworowego w ocenianym materiale tkankowym.

Obecnie metody diagnostyki fotodynamicznej są szeroko wykorzystywane w wykrywaniu zmian nowotworowych śluzówek jamy ustnej, gardła, krtani, oskrzeli, przełyku, żołądka, jelita grubego, pęcherza moczowego oraz sromu i szyjki macicy. Stanowią one nieodzowny element nowoczesnej diagnostyki onkologicznej, służący wczesnej detekcji nowotworów, wyborowi optymalnej metody leczenia, monitorowaniu terapii oraz skutecznemu wykrywaniu ognisk wznowy procesu nowotoworowego.

Terapia fotodynamiczna
Terapia nowotworów – skuteczna i systemowa, a jednocześnie pozbawiona poważnych skutków ubocznych oraz pozwalająca kontrolować przebieg choroby, pozostaje wciąż niespełnionym celem leczenia nowotworów złośliwych.

Jedną z metod mających większość wspomnianych wyżej walorów, jest terapia fotodynamiczna (photodynamic therapy – PDT). Jest to metoda leczenia radykalnego stanów przednowotworowych i wczesnych postaci nowotworów oraz leczenia paliatywnego postaci zaawansowanych. Istotą tej metody jest selektywne niszczenie zmienionych chorobowo tkanek, wynikające ze współdziałania trzech czynników: fotouczulacza, tlenu oraz promieniowania elektromagnetycznego o określonej energii fotonów, dopasowanej do pasm absorpcji danego fotouczulacza. Proces uszkodzenia komórek i tkanek w następstwie PDT jest wynikiem równoczesnego uruchomienia trzech mechanizmów: pierwotnego (komórkowego), wtórnego (naczyniowego) oraz immunologicznego.

PDT wywiera bezpośredni efekt cytotoksyczny na komórki nowotworowe, poprzez generację reaktywnych form tlenu, głównie tlenu singletowego 1O2, wykazującego aktywność w odległości nie większej niż 0.02 mm od miejsca jego powstania. Bezpośrednie działanie cytotoksyczne terapii fotodynamicznej doprowadza komórki do śmierci drogą nekrozy bądź apoptozy.

Terapia fotodynamiczna działa również przeciwnowotworowo w mechanizmie uszkodzenia naczyń krwionośnych guza oraz poprzez indukcję odpowiedzi zapalnej w wyniku działania immunoregulacyjnego.

Ponadto przeprowadzone badania potwierdziły istotną rolę komórek układu odpornościowego: makrofagów, neutrofilów, limfocytów, komórek dendrytycznych (DCs), komórek prezentujących antygen (APCs) wraz z układem MHC, jako efektorów działania fotodynamicznego w aspekcie potęgowania odpowiedzi przeciwnowotworowej.

Fotouczulacze
W diagnostyce i terapii fotodynamicznej wykorzystuje się barwniki zwane fotouczulaczami, które są wybiórczo gromadzone w tkance nowotworowej w znacznie wyższym stężeniu niż w tkance zdrowej. Podstawą tego zjawiska jest niższe pH, większa liczba receptorów dla lipoprotein oraz wysokie stężenie kolagenu w tkance nowotworowej.

Egzogenne fotouczulacze mogą być stosowane doustnie, pozajelitowo lub miejscowo (na powierzchnię skóry i błony śluzowej). Wchłanianie fotouczulacza przez skórę wymaga określonego czasu i zależy od koncentracji substancji w preparacie (zwykle 2-40%). Krzywa wchłaniania narasta wraz z upływem czasu, osiągając plateau po około 2-14 godzinach w zależności od rodzaju stosowanego fotouczulacza. Jednak całkowite efektywne wchłanianie preparatu może trwać dłużej niż 24 godziny. Aktualnie fotouczulaczami stosowanymi standardowo w diagnostyce i terapii fotodynamicznej są porfiryny, stanowiące komponentę hemoglobiny.

Pod wpływem energii światła o odpowiedniej długości fali zaabsorbowanej przez fotouczulacz następuje transfer oraz translacja energii świetlnej w reakcje chemiczne w obecności molekularnego tlenu. W efekcie powstaje tlen singletowy bądź reaktywny nadtlenek, które indukują uszkodzenie tkanki w bezpośrednim i pośrednim efekcie cytotoksycznym.

W PDT porfiryny są podawane systemowo: bezpośrednio do krwioobiegu lub doustnie. Alternatywnym sposobem jest podanie leku bezpośrednio na powierzchnię zmiany chorobowej w formie maści i kremów. Podanie ogólnoustrojowe fotouczulacza wiąże się z jego zaabsorbowaniem przez wszystkie komórki organizmu. Fakt, iż w zmienionych chorobowo komórkach fotouczulacz osiąga o wiele wyższe stężenia i metabolizuje się wolniej (a co za tym idzie, jest dłużej deponowany w tkance), pozwala na precyzyjne zniszczenie zmiany, czyli jednocześnie na dużą selektywność terapii.

Szczególne miejsce w terapii fotodynamicznej zajmuje kwas aminolewulinowy – ALA. Ze względu na endogenny charakter tej substancji, wysoką selektywność i skuteczność oraz znikome działania uboczne terapii z jej użyciem, po 25 latach prób klinicznych metoda ALA PDT została zatwierdzona przez FDA (Food and Drug Administration, USA) w leczeniu wielu schorzeń, zwłaszcza dermatologicznych oraz urologicznych. Wciąż pojawiają się nowe rejestracje tego leku dla kolejnych schorzeń. W roku 2008 w Europejskim Publicznym Sprawozdaniu Oceniającym – EPAR (Komitetu ds. Produktów Leczniczych Stosowanych u Ludzi, CHMP) – zatwierdzono stosowanie preparatu Gliolan (kwas 5-aminolewulinowy o stężeniu 30mg/ml preparatu) do leczenia glejaków mózgu.

Aby poprawić skuteczność tego prekursora protoporfiryny IX często stosuje się go w ramach leczenia łączonego. Ostatnio dużym zainteresowaniem cieszy się połączenie PDT i terapii sonodynamicznej (SDT) z użyciem ultradźwięków. Daje to możliwość leczenia nowotworów, do których dostęp jest utrudniony. Potwierdzeniem efektywności tej kompleksowej metody jest eksperyment przeprowadzony in vitro na komórkach raka jelita grubego szczurów DHD/K12/TRb oraz in vivo na modelu raka syngenicznego. W badaniu in vitro, w którym żywotność komórek oznaczono metodą wybarwiania błękitem trypanu, a odsetek komórek martwych przy użyciu cytometru przepływowego, po podaniu ALA (50 µg/ml) i sonodynamicznym działaniu High Energy Shock Waves – HESW (E1, EFD = 0.22 mJ/mm², dawka = 0.88 mJ/mm²) stwierdzono zahamowanie proliferacji komórek nowotworowych. Z kolei w badaniu in vivo, które przeprowadzano z wykorzystaniem oznaczenia TUNEL genów Bad i Bcl-2 mRNA oraz ilościowej metody RT-PCR i poly (ADP-ribose) -polymerase (PARP) z zastosowaniem metody Western Blotting potwierdzono istotną indukcję procesu apoptozy.

Inną nowatorską metodą wykorzystania terapii fotodynamicznej z użyciem ALA jest internalizacja fotochemiczna (PCI), w której fotouczulacz przenoszony jest do wnętrza komórek za pomocą endosomów, a pod wpływem światła dochodzi w tkance do uwalniania cząstek aktywnych. Wykazano, że koniugacja ALA z dendrymerami skutkowała większą intensywnością syntezy PpIX w komórkach, w porównaniu z podażą samego ALA.

Kolejną metodą zwiększenia intensywności syntezy PpIX z ALA jest dodanie do ALA chelatorów żelaza. W eksperymencie Curnowa ludzkie komórki skóry inkubowano z ALA/MAL (aminolewulinian metylu) oraz dodatkowo chelatorem żelaza CP94 lub desferoksaminą (DFO), wykazując wyższe zwiększenie stężenia PpIX w komórkach.

Wciąż trwają poszukiwania tak zwanego „doskonałego fotouczulacza”, który charakteryzowałby się dużą skutecznością i selektywnością w stosunku do komórek docelowych (Target cells), długim czasem absorpcji fali świetlnej, szybkim wydalaniem z organizmu oraz znikomym działaniem ubocznym, a tym samym wysokim bezpieczeństwem stosowania.


Systematyka fotouczulaczy

Obecnie znanych jest ponad 400 substancji o właściwościach fotouczulających, w tym m.in. barwniki roślinne: hyperycyna (pochodzącą z dziurawca zwyczajnego), tertienyl (otrzymywany z różnych gatunków aksamitek), fenyloheptadien (występujący w roślinach z rodziny astrowatych i selerowatych) oraz furokumaryna (pochodzącą z aminku większego, lubczyka ogrodowego i ruty zwyczajnej).

Wśród fotouczulaczy stosowanych w terapii fotodynamicznej wyróżnia się:

  • barwniki (np. błękit metylenowy, błękit toluidyny, oranż akrydynowy, ftalocyjaniny),
  • porfiryny (np. kwas 5-aminolewulinowy, protoporfiryna IX – PpIX, porfimer sodowy),
  • chloryny (np. chloryna e6+PVP, temoporfyna, wertenoporfiryna),
  • furokumaryny (np. psolaren),
  • ksantyny (np. erytrozyna),
  • monoterpeny (np. azulen).

Większość fotouczulaczy została wprowadzona do praktyki klinicznej w latach 80. i 90. XX wieku. Można je podzielić
na 3 podstawowe grupy:

  • fotouczulacze porfirynowe (Photofrin, ALA/PpIX, BPD-MA),
  • fotouczulacze chlorofilowe (chloryny, purpuryny, bakteriochloryny),
  • barwniki (phtalocyaniny, naphtalocyaniny).

Ze względów historycznych, a także tradycyjnych, fotouczulacze wprowadzone w latach 70. i 80. minionego wieku zostały nazwane fotouczulaczami pierwszej generacji (np. Photofrin). Z kolei pochodne porfiryn oraz substancje syntetyczne z późnych lat 80. nazwano fotouczulaczami drugiej generacji (np. ALA), natomiast najnowsze fotouczulacze – III generacji – są zwykle biologicznymi koniugatami (połączenia z przeciwciałami i liposomami).

W chwili obecnej najczęściej stosuje się następujące substancje fotouczulające, które uzyskały oficjalne zgody na stosowanie kliniczne: Photofrin (Porfimer sodium; 630 nm, Axcan Pharma, Inc.), Levulan (5-aminolevulinic acid, ALA, prekursor protoporfiryny IX; 630 nm, DUSA Pharmaceuticals, Inc.), Metvix (Methyl aminolevulinate, MLA, M-ALA prekursor protoporfiryny IX; 630 nm, PhotoCure ASA.), Foscan (temoporfin, meta-tetrahydroxyphenylchloririn, mTHPC; 652 nm, Biolitec AG), Laserphyrin (664 nm, Meiji Seika Kaisha, Ltd.), Visudyne (verteporfin, benzoporphyrin derivate monoacid ring A, BPD-MA; 693 nm, Novartis Pharmaceuticals).

W trakcie badań klinicznych są następujące fotouczulacze: HPPH (2-[1-hexy-loxyethyl]-2-devinyl pyropheophorbide-a, Photochlor; 665 nm, Rosewell Park Cancer Institute), Motexafin lutetium (MLu, Lutetium (III) texaphyrin, Lu-Tex; 732 nm Antrin;Pharmacyclics Inc.), NPe6 (mono-L-aspartyl chlorin e6, taporfin sodium, talaporfin, LS11: Light Science Corporation), SnET2 (thin ethyl etiopurpurin, Sn etiopurpurin, rostaporfin, Photrex; 665 nm, Miravant Medical Technologies).


Piśmiennictwo dostępne u autorki.

Test Rozpoznawania Zaburzeń Związanych z Piciem Alkoholu AUDIT

Wypełnij nasz test i dowiedz się czy masz problem z piciem alkoholu

POLECANE DLA CIEBIE

START TYPING AND PRESS ENTER TO SEARCH