FOTODYNAMICKÁ TERAPI E Lukáš Kubala DBISBFÚ AVČR 1 Fotodynamická terapie (PDT) je jednou z možností léčby jak nádorového onemocnění (zejména u adjuvantní léčby) tak i řady nenádorových onemocnění, především kožních lézí a očních chorob. Základem pro fotodynamickou terapii je fotochemická reakce FOTOCHEMICKÁ REAKCE Fotochemické reakce jsou všechny chemické reakce, které využívají světelné záření jako zdroj energie. Nutnou podmínkou pro vyvolání fotochemické reakce je, aby alespoň jedna z reakčních složek absorbovala dopadající světelné záření. Vzhledem k tomu, že molekulární kyslík neabsorbuje světlo o vlnových délkách vyšších než 200 nm, musí být absorbující složkou oxidovaný substrát. FOTOCHEMICKÁ REAKCE Přímá fotochemická reakce Absorbuje-li iniciující záření substrát Dvojí mechanismus přímé fotochemické oxidace: a) Absorpce světla substrátem -> vznikají volné radikály které reagují přímo s d i kyslíkem. Podle novějších názorů se může molekulární kyslík při vzniku radikálů účastnit jako akceptor elektronu. Tato reakce je spinově dovolená. b) Absorpce světla substrátem -> substrát se dostává do tripletového stavu a reaguje přímo s kyslíkem. Reakce dvou částic v tripletovém stavu je rovněž spinově dovolená. Při přímé fotochemické reakci se množství absorbovaných světelných kvant mění s časem v důsledku poklesu koncentrace reagující složky a vzrůstu koncentrace reakčních produktů. Aktivační energie fotochemického procesu je velmi malá. Nepřímá fotochemická reakce Žádná z reakčních složek neabsorbuje světlo -> k reakčnímu systému se přidá další, v podstatě inertní, ale světlo absorbující složka - senzibilizátor FOTOSENSITIZACE Fotosensitizace Proces, ve kterém se v jedné nebo více molekulách projeví fotochemické a fotofyzikální alterace jako následek absorpce světla v jiné molekule nazývané fotosensitizér. Dva mechanismy fotosenzibilizovanych reakcí 1. Senzibilizátor, který se absorpcí světla dostal do tripletového stavu, může převést získanou energii na molekulu substrátu za vzniku volného radikálu nebo molekuly substrátu v tripletovém stavu. 2. Senzibilizátor, který se absorpcí světla dostal do tripletového stavu, může převést získanou energii na molekulu kyslíku za vzniku singletového kyslíku. Vznik / výskyt fotosensitizérů: • Prakticky všechny organismy obsahují endogenní molekuly - potencionální fotosensitizéry. • Jako senzibilizátory se většinou užívají organická barviva. • Senzibilizující látka může rovněž vznikat v průběhu termické nebo fotochemické reakce. Princip fotodynamické terapie FOTODYNAMICKÝ ÚČINEK NA ŽIVÉ ORGANISMY Jednobuněčné organismy • nejcitlivější, neboť nejsou chráněny kůží • příklady sensibilizátorů • akridin, akridinová oranž, akridinová červeň, methylenová modř a novome-tylenová modř, fenazin, trypaflavin, fluorescein, eosin, erytrosin, rhodamin B, naftochinony, antrachinony, chlorofyly, Sulfonamid, 3,4 - benzopyren, perlonin. • účinek: • u bakterií byla většinou pozorována ztráta antigenity při silnějším účinku mutagenní a letální účinek, a to za přítomnosti různých barviv. FOTODYNAMICKÝ ÚČINEK NA ŽIVÉ ORGANISMY primární efekt - na kůži - ovlivněn je jen vnější povrch, protože pronikání světla je omezeno jen na relativně tenkou vnější vrstvu sekundární efekty • ve vzdálenějších orgánech (cirkulační, dýchací a centrální nervový systém) • dále mohou podléhat fotodynamickému jevu všechny tělní tekutiny Při senzibilaci teplokrevných zvířat může však docházet k značnému zeslabování účinku redukcí barviv v organismu, případně srážením jejich komplexů s bílkovinami. Tím se může stát, že běžně užívané nízké koncentrace ( 10~4- 10~6M) jsou in vivoneúčinné. FOTODYNAMICKÝ ÚČINEK NA ŽIVÉ ORGANISMY Rostliny • fotodynamický jev studován mnohem méně než u živočichů • účinek • při ozařování semen máčených v roztocích fotodynamický účinných barviv bylo pozorované zvýšení klíčivosti Historie výzkumu fotodynamického jevu a terapie Ch. Darwin a K. Dammann popsali negativní vlivy slunečního záření za přítomnosti „drog" - vyrážku u zvířat po požití pohanky (objevovala se u zvířat se světlejší srstí a po delším pobytu na slunci) Dieudonneé (1895) - popisoval baktericidní účinky kyslíku (ale neuvažoval katalytický vliv fotosensibilizátoru) J. Prime (1900) - otoky prstů, puchýře u epileptiků léčených eosinem (obsahuje bromid jakožto potenciální antiepileptickou součást) O. Rabb (1900) - vliv akridinu na prvoky (nálevníci - stanovoval prahovou hranici toxicity barviv, provedl cca 800 experimentů, které však byly nereprodukovatelné) O. Rabb a Tappeiner - akridin, eosin, chinin - toxicita se lišila v průběhu dne. Usoudili že je to vliv fluorescence barviva označili reakci jakofotodynamickou Ledoux-Lebards (1904) dokázal, že pro fotodynamickou reakci je nutná přítomnost kyslíku (trepky rychleji umírají v otevřené lahvi za přítomnosti kyslíku než v lahvi uzavřené). Von Tappeiner (1909) navzdory svým minulým pracím prohlásil, že kyslík je zodpovědný za fotodynamický efekt. A aniž by znal mechanismus tohoto jevu, již v roce 1903 započal experimenty na lidech (rakovina, syfilis, tuberkulóza). Dyer používal erythrosin - antibakteriální účinky zkoušel na pacientech s lupenkou (ale pacienti trpěli silnými bolestmi a proto experimenty ukončil) Historie výzkumu fotodynamického jevu a terapie Friedrich Meyer-Betz a German physician, injected himself with porphyrin in 1912 t