Василий Федорович Отвагин - кандидат химических наук, доцент кафедры органической химии ННГУ им. Н.И. Лобачевского
Фотодинамическая терапия (ФДТ) – современный метод лечения опухолевых заболеваний, основанный на применении особого вещества – фотосенсибилизатора (ФС), а также света определённой длины волны. В основе ФДТ лежит простой, но элегантный принцип: лекарство, само по себе практически безвредное, становится активным только под действием света. После активации оно вызывает гибель повреждённых или опухолевых клеток, не затрагивая при этом здоровые ткани.
Процедура начинается с введения фотосенсибилизатора в организм, чаще всего внутривенно (рис. 1), но иногда его наносят местно (например, на кожу или слизистую). Вещество постепенно накапливается в патологических клетках, таких как опухоли. Это возможно потому, что у опухолей нарушена сосудистая система, и они сильнее поглощают препарат.
Рис. 1. Схема лечения опухолевых заболеваний методом ФДТ. ФС = фотосенсибилизатор; ROS = reactive oxygen species
Через несколько часов, в зависимости от типа фотосенсибилизатора, на пораженную область направляется свет, чаще всего лазерный или светодиодный. Частый вопрос, который возникает у пациентов: опасен ли сам свет в фотодинамической терапии? Ответ – нет, свет в ФДТ не разрушает ткани сам по себе. Он служит только для активации особого лекарства-фотосенсибилизатора и без него не вызывает никакого повреждения. Для ФДТ обычно используется красный, синий или инфракрасный свет – диапазоны, которые находятся далеко за пределами ионизирующего излучения, такого как рентген или гамма-лучи. Эти лучи не вызывают мутаций в ДНК, не проникают глубоко и действуют только там, где присутствует фотосенсибилизатор.
Под действием света молекулы фотосенсибилизатора переходят в активное состояние и взаимодействуют с кислородом, находящимся в тканях. В результате образуются реактивные формы кислорода (ROS, reactive oxygen species), которые разрушительно действуют на опухолевые клетки, вызывая их гибель: повреждают мембраны, белки и ДНК. Диаграмма Яблонского – графическое представление того, как молекула поглощает свет, переходит в возбужденное состояние и возвращается обратно в основное, при этом иногда испуская свет (флуоресценция) или участвуя в химических реакциях (как в фотодинамической терапии) (рис. 2).
Рис. 2. Диаграмма Яблонского. ФС = фотосенсибилизатор; ФС* = активированный фотосенсибилизатор
Когда молекула-фотосенсибилизатор поглощает фотон света, она переходит из основного энергетического состояния (обозначается S₀) в одно из возбуждённых синглетных состояний, чаще всего S₁. Это состояние нестабильно, поэтому молекула будет стремиться «вернуться» вниз, к более стабильному состоянию. Но перед этим может произойти несколько интересных вещей. Во-первых, часть энергии может быть потеряна как тепло, и молекула вернётся обратно в S₀. Это называется безызлучательный переход. Во-вторых, молекула может испустить фотон, тогда мы видим флуоресценцию. В этом случае она просто «светится» после возбуждения.
Но есть и другой путь, молекула может перейти из возбужденного синглетного состояния (S₁) в триплетное состояние (T₁). Именно это триплетное состояние важно в ФДТ: здесь фотосенсибилизатор может передать свою энергию молекулярному кислороду 3О2 (в его обычной, триплетной форме), превращая его в активный синглетный кислород 1О2 – основное боевое средство ФДТ. Кроме синглетного кислорода 1О2, в процессе могут также образовываться и другие типы ROS, например, гидроксильные радикалы OH·.
Хлориновые фотосенсибилизаторы – класс соединений, происходящих от хлорофилла, зелёного пигмента, с помощью которого растения улавливают свет для фотосинтеза (рис. 3). Интересно, что именно этот природный пигмент дал начало разработке эффективных препаратов для фотодинамической терапии.
Хлорофилл – молекула, которая умеет эффективно поглощать свет, особенно в красной и синей областях спектра. В природе это помогает растениям преобразовывать солнечную энергию в химическую. Учёные обратили внимание на то, что подобные структуры можно использовать в медицине, если немного изменить их химически. Так появились хлориновые производные – фотосенсибилизаторы, которые обладают способностью накапливаться в опухолевых тканях и активироваться при освещении светом определённой длины волны, как правило, в красном диапазоне.
Рис. 3. Хлориновые фотосенсибилизаторы
Преимущество хлориновых фотосенсибилизаторов заключается в том, что они поглощают свет в области красного света, который способен проникать глубже в ткани, чем, например, синий или зелёный. Благодаря этому ФДТ с хлоринами может использоваться для лечения не только поверхностных, но и умеренно глубоко расположенных опухолей. Хлориновые фотосенсибилизаторы получают путём химической модификации природного хлорофилла – зелёного пигмента, который содержится в растениях (шпинат) и водорослях (спирулина). Именно из них часто выделяют сырьё для дальнейшего получения фотодинамических препаратов. В Российской Федерации существуют ведущие научные центры, которые занимаются выделением и модификацией фотосенсибилизаторов этого класса.
ФДТ используется в клинике для лечения различных опухолей, особенно поверхностных. ФДТ эффективна при раке кожи, мочевого пузыря и лёгкого. Преимущество ФДТ в её точности, малой травматичности и возможности сохранить здоровые ткани. Кроме прямого разрушения опухоли, ФДТ способна запускать иммунный ответ. Когда обработанные светом клетки гибнут, они выделяют сигнальные молекулы, которые активируют иммунную систему. Это может привести к уничтожению не только основной опухоли, но и метастазов. Такое сочетание световой терапии и активации иммунитета называется иммуно-ФДТ и считается одним из самых перспективных направлений в лечении рака. Это делает фотодинамику важным шагом к более мягкой, умной и персонализированной медицине будущего.
Фотодинамическая терапия – пример того, как наука использует природные принципы во благо человека. Объединяя свет, кислород и особые препараты, ФДТ позволяет лечить опухоли с высокой точностью и минимальными побочными эффектами. Сегодня она успешно применяется в клиниках, а её возможности продолжают расширяться.
Список литературы:
- Коршунова О. В., Плехова Н. Г. Фотодинамическая терапия в онкологии: настоящее и будущее // Тихоокеанский медицинский журнал. – 2020. – № 4. – С. 15-19.
- Абделазиз М. А., Горган И. В., Майоров А. Е., Денисов С. Н., Блошкина Н. И. Фотодинамическая терапия: аспекты применения и возможности модификации (обзор литературы) // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. – 2023. – № 3. – С. 80-92.
- Correia J. H., Rodrigues J. A., Pimenta S., Dong T., Yang Z. Photodynamic Therapy Review: Principles, Photosensitizers, Applications, and Future Directions // Pharmaceutics. – 2021. – Vol. 13, no. 9. – P. 1332.
При грантовой поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий
