- Евгений Филиппович, расскажите, пожалуйста, на чем основан метод фотодинамической терапии? Судя по названию, лечение связано со светом?
-Этот метод основан на том, что опухолевые клетки разрушаются под действием активных форм кислорода, которые образуются в фотохимической реакции. Поэтому свет и в самом деле необходимый компонент фотодинамической терапии. Только свет определенных длин волн, а именно красный способен проникать в живые ткани. Чтобы повысить чувствительность тканей к красному свету, нужен фотосенсибилизатор - второй компонент фотохимической реакции. Причем такой сенсибилизатор, который способен избирательно накапливаться в опухолевых клетках. Третий необходимый компонент, без которого лечебный эффект невозможен, - это кислород, всегда присутствующий в живых организмах. Фотосенсибилизатор переносит энергию света на кислород, благодаря чему последний переходит в так называемое синглетное состояние. Синглетный кислород химически очень активен: он окисляет белки и другие биомолекулы и тем самым разрушает внутренние структуры опухолевой клетки. Клетка становится нежизнеспособной, и ее "съедают" фагоциты - "санитары" организма.
Стоит сказать, что кроме прямого уничтожения раковых клеток есть еще один важный эффект: фотодинамическая терапия вызывает повреждение кровеносных сосудов внутри опухоли, которые питают ее и доставляют кислород. А без питательных веществ опухоль, образно говоря, начинает погибать от голода. Таким образом, атака идет с двух сторон - разрушение клетки изнутри и "голодная блокада" снаружи.
- Как давно существует этот метод?
- Первый сеанс фотодинамической терапии был проведен почти сто лет назад, в 1903 году в Германии профессором Мюнхенского университета Г. Таппайнером и его коллегами. Тогда же был введен и термин "фотодинамическое действие". А началось все с того, что в 1897 году студент этого же университета Оскар Рааб обнаружил, что микроорганизмы, помещенные в раствор красителя акридинового оранжевого, гибнут на солнечном свету. Потом оказалось, что фототоксическим действием обладают и некоторые другие вещества, в частности эозин, ярко-розовый флуоресцирующий краситель. Первых пациентов с базальноклеточным раком кожи лица лечили так: пораженные места просто смазывали раствором эозина и затем облучали светом дуговой лампы.
Несмотря на успех этих опытов, метод развивался крайне медленно. В основном фотосенсибилиза торы пытались применять для диагностики рака, что, конечно, тоже было очень важно. Но по-настоящему интерес к фотодинамической терапии вспыхнул только в конце семидесятых годов, когда американский ученый Т. Догерти опубликовал впечатляющие результаты клинического применения этого метода. Догерти облучал пациентов светом лазера на красителях и использовал в качестве фотосенсибилизатора препарат на основе гематопорфирина, позднее получивший название "фотофрин".
- Когда началось развитие фотодинамической терапии в России?
- С конца восьмидесятых годов. Главным инициатором этого выступил член-корреспондент Российской академии медицинских наук, профессор О. К. Скобелкин. Зарубежный фотофрин был очень дорог, требовались доступные отечественные сенсибилизаторы. Российским аналогом фотофрина стал фотогем, созданный под руководством профессора А. Ф. Миронова в Московской академии тонкой химической технологии имени М. В. Ломоносова. Десять лет назад, в феврале 1992 года, этот препарат был впервые применен для лечения рака. Сейчас фотогем разрешен Министерством здравоохранения РФ для широкого клинического использования. Позднее появились и другие отечественные препараты - фотосенс, аласенс. Постоянно идет поиск новых соединений, и основные критерии отбора - это высокая степень избирательности по отношению к злокачественным тканям, поглощение в красной области спектра и быстрое выведение из организма.
- А почему фотосенсибилизатор накапливается именно в опухолевых клетках? С чем это связано?
- В фотодинамической терапии применяют в основном фотосенсибилизаторы из группы порфиринов. Еще в двадцатые годы было показано, что гематопорфирин, который, кстати, сам по себе присутствует в живом организме, имеет повышенное сродство к раковым клеткам. Почему это происходит, до сих пор до конца неясно, но есть данные, что порфирины связываются с сывороточными белками, в том числе с липопротеинами низкой плотности. А опухолевые клетки содержат большое количество особых рецепторов, к которым прикрепляются липопротеины. Поэтому фотосенсибилизаторы в комплексе с липопротеинами скапливаются на цитоплазматических мембранах клетки и мембранах внутриклеточных органелл: митохондрий, лизосом, ядра.
- Какие виды рака лучше всего поддаются фотодинамической терапии?
- Конечно, чаще всего мы применяем этот метод для лечения рака кожи и слизистых оболочек. Фотодинамическая терапия просто незаменима в тех случаях, когда опухоль расположена в "неудобных" местах: на губе, в полости рта, на веке, на ушных раковинах. Хирургическая операция в таких случаях ведет к серьезным косметическим дефектам и функциональным ограничениям. Представь те, к примеру, каково преподавателю или экскурсоводу согласиться на удаление языка. Это же настоящая трагедия! А методом фотодинамической терапии удается убрать такую опухоль без хирургического вмешательства.
По мере развития метода и накопления опыта мы начали применять фотодинамическую терапию и для лечения рака внутренних органов. Чтобы подвести свет к опухоли, используют эндоскоп - прибор, который очень широко применяется в современной медицине. Он позволяет нам добраться до опухолей, расположенных в желудке, пищеводе, трахее и крупных бронхах. Благодаря эндоскопической технике можно применять фотодинамическую терапию в гинекологии и при раке мочевого пузыря. Есть технические приемы, которые позволяют подвести свет к нужному месту пункционно, то есть через прокол. Этот способ используют при раке молочной железы. В последние годы стали отрабатывать технологию для поджелудочной железы, большого дуоденального сосочка, общего желчного протока и даже для внутрипеченочных протоков. Это те случаи, где хирургическая операция трудновыполнима, даже если опухоль небольшая.
- В качестве источника света всегда используют лазер?
- Обычно - да. Но в принципе можно применять любой источник, дающий свет той длины волны, которая возбуждает сенсибилизатор. Например, проекционные лампы, светодиоды. Лазер же нужен только потому, что лазерный пучок очень узкий и его можно ввести в тонкий моноволоконный кварцевый световод, чтобы потом этот световод через эндоскоп подвести к опухоли и произвести прицельное облучение поврежденного места. Для опухолей, расположенных снаружи, на поверхности тела, лазер необязателен, хотя и в этом случае узкий направленный пучок света очень удобен.
- Как подбирают дозы света и фотосенсибилизатора, как врачи находят тот нужный уровень воздействия, чтобы опухоль погибла?
- Есть определенные правила проведения клинических испытаний. Все препараты проходят предварительную экспериментальную проверку на культуре клеток и на животных. На первой стадии клинических испытаний проверяют, есть ли у препарата лечебный эффект и не вредит ли он здоровью, а на второй стадии подбираются дозы. И затем мы даем рекомендации по применению препарата с учетом размеров, формы и локализации опухоли.
В фотодинамической терапии используют низкоэнергетические лазеры и подбирают дозу облучения так, чтобы не был превышен порог чувствительности к термическому воздействию - он составляет примерно 400 милливатт на квадратный сантиметр. Если порог будет перейден, пациент почувствует боль и жжение. Нам удается этого избежать. Метод тем и хорош, что не требует анестезии, ни местной, ни общей. Он позволяет лечить тех пациентов, которым наркоз противопо казан или опасен.
- А что собой представляет сама лечебная процедура?
- Пациенту вводят раствор фотосенсибилизатора, обычно внутривенно. Чтобы сенсибилизатор накопился в опухоли, требуется некоторое время - от нескольких часов до двух-трех дней. Затем опухоль облучают светом, обычно в течение нескольких минут. Далее начинается процесс рассасывания опухоли - он продолжается 2-3 недели. Большинству больных достаточно одного сеанса, хотя в запущенных случаях через некоторое время лечение приходится повторять.
- Каковы основные преимущества фотодинамической терапии перед традиционными методами лечения рака?
- Прежде всего, локальность воздействия. Она обеспечивается тем, что, во-первых, сенсибилизатор накапливается избирательно, в опухоли. Во-вторых, мы направляем свет только на пораженный участок. Этим фотодинамическая терапия выгодно отличается от традиционных методов лечения рака.
Другой плюс - косметический. После фотодинамической терапии на коже остается лишь нежный рубец практически того же цвета, что и окружающие ткани, иногда с легкой пигментацией. Это исключительно важно для пациентов с опухолями на открытых участках тела.
- Неужели при фотодинамической терапии нет никаких побочных эффектов?
- Единственный и вполне естественный недостаток фотодинамической терапии - то, что после лечения пациенту приходится избегать яркого света, иногда довольно долго - до нескольких недель. Это связано с тем, что, хотя фотосенсибилизатор скапливается в основном в опухоли, все-таки какое-то его количество оседает в других тканях. В результате на некоторое время кожа становится излишне чувствительной к свету, поэтому пациенту лучше избегать солнечных лучей, иначе появятся отеки, краснота, а затем пигментация, напоминающая загар. Но и данный побочный эффект фотодинамической терапии скоро будет сведен к минимуму: сейчас уже синтезированы фотосенсибилизаторы, которые выводятся из организма за два-три дня.
- При химиотерапии раковые клетки со временем приобретают устойчивость к препаратам, подавляющим их рост. Не происходит ли что-то подобное при фотодинамической терапии?
- Очень интересный и важный вопрос. Если подходить с позиций логики, то устойчивости опухолей к фотодинамической терапии возникать не должно, потому что разрушающим фактором является кислород - только в более активном, чем обычно, состоянии. А кислород нужен всем живым клеткам - и нормальным и раковым. Поэтому клетка не может выработать устойчивость к кислороду - тем самым она обречет себя на вымирание.
Есть и еще один аргумент: при фотодинамической терапии нет мутагенного действия, то есть она не вызывает генетических изменений в клетках. А механизм появления опухолевых штаммов, устойчивых к химическим препаратам, связан именно с мутациями.
В клинической практике, по нашему опыту, до десяти повторных сеансов с одним и тем же фотосенсибилизатором не вызывали привыкания. Однако за рубежом в последние годы иногда появляются краткие сообщения о том, что в экспериментальных условиях отдельные виды раковых клеток проявляют определенную устойчивость к некоторым фотосенсибилизаторам. С чем это связано - пока не ясно, но наука не стоит на месте, и уже разрабатываются методики, которые позволят справиться и с этой проблемой, если она возникнет при лечении больных.
- Вы упоминали, что фотосенсибилизаторы используются не только для лечения, но и для диагностики. Расскажите об этом, пожалуйста.
- Да, благодаря способности многих фотосенсибилизаторов флуоресцировать опухоль можно как бы выделить на фоне здоровой ткани. Сейчас проходит клинические испытания российский препарат аласенс на основе производных d-аминолевулиновой кислоты, он очень удобен для флуоресцентной диагностики. Поскольку в злокачественных клетках сенсибилизатора гораздо больше, чем в окружающей ткани, то при освещении ультрафиолетом или видимым синим светом у опухоли появляется яркое красное свечение. Можно разглядеть и те очаги, которые при обычном освещении не видны. А раннее выявление рака - это, как правило, стопроцентное излечение.
- Каковы дальнейшие перспективы развития этого метода? Применяют ли его при других, не раковых заболеваниях?
- Да, безусловно. В течение последнего десятилетия, после того как фотодинамическая терапия завоевала прочные позиции в онкологии, ее начали активно применять и при других болезнях. Я не буду перечислять их все - список займет целую страницу, скажу лишь о наиболее интересных результатах.
Один из примеров - использование метода в офтальмологии, при возрастной дегенерации желтого пятна, которая нередко возникает у людей старше 50 лет. Начавшись, этот процесс прогрессирует, снижая остроту зрения. В области желтого пятна, где расположены зрительные анализаторы, развивается сеть мелких кровеносных сосудов. В результате нормальные здоровые ткани замещаются более плотными, фиброзными, не пропускающими света. На начальных этапах, которые тянутся годами, удается остановить процесс. Уже сотни людей пролечены этим методом за рубежом. К сожалению, у нас в стране офтальмологи пока не взяли его на вооружение. Зато мы совместно с МНТЦ "Микрохирургия глаза" использовали фотодинамическую терапию для профилактики помутнения пересаженной роговицы. Пересадка роговицы - это основной способ устранения ожогового бельма на глазу. Такая травма, как правило, результат несчастного случая, и страдают молодые люди. Но после пересадки в роговице может развиться патологическая капиллярная сеть, и тогда наступает рецидив слепоты. Вовремя проведенный сеанс фотодинамической терапии помогает избежать осложнений.
Другой пример - лечение атеросклероза. Атеросклеротические бляшки, как и опухолевые клетки, способны накапливать некоторые фотосенсибилизаторы. Поэтому фотодинамическую терапию начали применять для устранения бляшек в крупных артериальных сосудах, куда можно ввести световод. Эта процедура гораздо проще и дешевле, чем операция аортокоронарного шунтирования и другие аналогичные операции, а эффект тот же.
Недавно мы начали интенсивно использовать фотодинамическую терапию для лечения длительно незаживающих гнойных ран и трофических язв. Местное применение фотосенсибилизатора и облучения светом приводит к быстрому заживлению ран. Разумеется, сначала были проведены эксперименты на культурах патогенных микробов, часто встречающихся в гнойных ранах. Под действием света количество микроорганизмов, предварительно инкубированных в растворе сенсибилизатора, уменьшалось в сотни и тысячи раз. И что, быть может, самое главное - при фотодинамическом воздействии погибают и те штаммы бактерий, у которых выработалась устойчивость к антибиотикам.
Есть и другие перспективы - например, лечение ревматоидных артритов, поскольку патологические ткани, образующиеся в суставах при артрите, тоже способны накапливать сенсибилизатор.
С появлением новых эффективных фотосенсибилизаторов возможности применения метода станут еще шире. Кстати, американские ученые считают, что по значению для человечества изобретение фотодинамической терапии можно сравнить с открытием антибиотиков.
Подробности для любознательных
ФОТОСЕНСИБИЛИЗАТОРЫ В ПРИРОДЕ И МЕДИЦИНЕ
Фотосенсибилизаторы - это вещества, которые способны "усиливать" действие света, а точнее, передавать его энергию другим веществам и тем самым запускать цепочку самых разных физических и химических процессов.
Чтобы органическое вещество было фотосенсибилизатором, его молекула непременно должна иметь в своем составе хромофорную группу атомов, которая способна поглощать свет в видимой или ближней ультрафиолетовой области спектра. Именно хромофоры (это слово происходит от греческого chroma - цвет) обеспечивают яркость красок в природе. Поглотив квант света, молекула получает дополнительную энергию и переходит в возбужденное состояние. При этом изменяется конфигурация ее электронного облака. Говоря упрощенно, один из двух электронов, находящихся на верхней заполненной молекулярной орбитали, перескакивает на более высокий уровень энергии. В зависимости от того, как взаимно ориентированы спины этих двух электронов, состояния называют синглетными или триплетными. Поглотив квант, молекула переходит из основного состояния в синглетное возбужденное. В таком состоянии она живет совсем не долго - не более нескольких микросекунд, то есть миллионные, а чаще всего лишь миллиардные доли секунды.
Что происходит дальше? Есть несколько путей. Молекула может излучить свет с другой длиной волны (это явление называют флуоресценцией), может рассеять энергию в тепло или же, например, просто развалиться на части. Но есть еще одна возможность, и именно она обычно реализуется в фотосенсибилизаторах - переход в триплетное состояние. Такой переход называется интеркомбинационной конверсией, при этом электрон меняет направление спина. Триплетные состояния - долгоживущие, разумеется по меркам микромира. Типичное время их жизни - это сотые и тысячные доли секунды, хотя в особых условиях, например в замороженном растворе, молекула может находиться в триплетном состоянии несколько секунд или даже десятков секунд. Для перехода из триплетного состояния в основное тоже есть несколько путей: тепловое рассеяние энергии, испускание света (фосфоресценция). Однако сотых долей секунды все же вполне достаточно, чтобы значительная часть возбужденных триплетных молекул успела передать свою энергию другим молекулам или вступить в химическую реакцию.
Наибольший интерес представляют те реакции, которые приводят к образованию свободных радикалов и активных форм кислорода. К примеру, возбужденный сенсибилизатор может оторвать атом водорода от молекулы белка. Белковая молекула превращается в радикал, и начинается цепочка окислительных реакций. Сам фотосенсибилизатор умудряется "выйти сухим из воды": он позволяет кислороду оторвать уже не нужный ему водород и возвращается в исходное состояние, готовый поглотить очередную порцию света. Что касается кислорода, то он в результате превращается в очень активный анион-радикал, так называемый супероксид.
Если триплетная молекула сенсибилизатора напрямую сталкивается с молекулой кислорода, то кислород отбирает у сенсибилизатора энергию и сам переходит в возбужденное состояние. Кислород в синглетном возбужденном состоянии, как и супероксид, чрезвычайно активен: обе эти маленькие юркие частицы очень подвижны и способны окислить буквально все, что попадается у них на пути.
Фотосенсибилизаторы встречаются в природе довольно часто, они содержатся в организме человека и животных (например, порфирины - компоненты гемоглобина и других белков), входят в состав растений. Люди давно догадались, что растения, повышающие чувствительность к свету, можно использовать в медицине. Еще в ХIII веке арабские врачи применяли препараты из амми большой (семейство зонтичных) для лечения депигментации кожи (лейкодермии). Уже позднее выяснилось, что в состав амми входят фурокумарины - именно они и обеспечивают фотосенсибилизирующий эффект. Сейчас препараты на основе фурокумаринов в сочетании с облучением длинноволновым ультрафиолетом (320-390 нанометров) применяют для лечения псориаза, витилиго, микозов.
Но фурокумарины пригодны для применения только на поверхности кожи. Большая часть ультрафио лета поглощается в эпидермисе, то есть на глубине в одну десятую миллиметра. Слой кожи толщиной в два миллиметра почти полностью задерживает видимый свет в диапазоне 400-600 нанометров, и только красный свет с длинами волн 630-750 нанометров и инфракрасное излучение способны проникать в подкожные ткани. Кстати, в этом легко убедиться с помощью елочной гирлянды с миниатюрными разноцветными лампочками: прикройте кончиками пальцев синюю или зеленую лампочку и вы ничего не увидите, а вот свет от красной лампочки пройдет сквозь кожу и внутренние ткани, хотя и сильно ослабленный.
Поэтому для фотодинамической терапии раковых опухолей, активно развивающейся в последние десятилетия, используют сенсибилизаторы на основе порфиринов - они как раз поглощают красный свет. Кроме того, некоторые порфирины обладают замечательной способностью накапливаться именно в опухолевых клетках, что позволяет предотвратить или уменьшить повреждение здоровых клеток в процессе разрушения опухоли.
Окислительные процессы, которые "запускает" фотосенсибилизатор, для здоровых тканей вредны и опасны. К сожалению, среди широко распространенных лекарств много таких, которые обладают побочным фотосенсибилизирующим действием. Это фенотиазины, тетрациклины, сульфаниламиды, тиазиды, нестероидные противовоспалительные препараты, антибиотики на основе налидиксовой кислоты (фторхинолоны), пироксикам и некоторые другие. Поэтому тем, кто принимает эти препараты, не стоит проводить много времени на солнце - это может закончиться фотодерматитом или конъюнктивитом, а также увеличивает риск развития катаракты и рака кожи. Фотосенсибилизирующий эффект оказывают некоторые витамины, например рибофлавин (B2) и пиридоксин (B6).
Причиной повышенной чувствительности к свету могут стать и растения, причем совсем не экзотические, а самые обычные, например зверобой, в котором содержится сильный фотосенсибилизатор гиперицин. Из-за этого вещества иногда страдает домашний скот: если коровы случайно съедают много зверобоя, то после длительного пребывания на солнце на коже животных появляются краснота, волдыри, отеки. Известны случаи, когда фотодерматит возникал из-за контакта с соком зеленых частей петрушки, пастернака, сельдерея, которые содержат фурокумарины.
