Введение к работе
Актуальность работа. Среди современных лазерних медицинских технологий особое место занимают мэтоды диагностики и терапии злокачественных опухолей, основанные на применении фотосепспбилазаторов ('КЗ), избирательно накапливающихся в тканях злокачественных новообразований. Эффект фотосонснбилизации биологических систем (индуцирование фотохимических реакций окисления светопоглощащими химическими препаратами) бил открыт еще в начале века, однако нвиболае активно возможности применения фотосенсзбилизаторов в онкологии исследуются в последнее десятилетие, благодаря развитию лазерных источников излучения. Катализируемое светом разрушение фотосенсибилизированных опухолей получило название фотодинамической терапии (ФДТ) рака. Избирательное накопление некоторых фотосенсибилизаторов в тканях злокачественных новообразований и возможность их обнаружения по характерной флюоресценции позволяет локализовать фотодинамическое воздействие с минимальным повреждением окружавших нормальных тканей, и составляет основу флюоресцентной диагностики (ФД). Попытки диагностики рака по флюоресценции фотосенсибилизатора успешно проводятся за рубежом. При атом многие авторы особо отмечают исключительную перспективность данного метода для эбнаружешя опухолей малых размеров, поскольку чувствительность флюоресцентных методов существенно выше других современных ютодов ранней диагностики.
Однако, флюоресцентная диагностика на основе опухолево-:елективных фотосенсибилизаторов не является в настоящэе время редмэтом широких клинических испытаний, как собственно отодинамическая терапия, и причина этого - недостатки
используемых до настоящего времени клинических фотосвнсибилизаторов на основе производных гематопорфарша (ПГП). В целом для дашшх препаратов характерно: слабое шглощенио в красном и ближнем ЙК диапазонах, т.е. там, гда биологические ткани наиболее прозрачны; низкий квантовий выход образования синглетного кислорода - главного цитотоксичоского агента, генерируемого при фотодинамичзском воздействии; низісий квантовий выход флуоресценции ( ~ 2 %); неодаородшй химический состав и, как следствие, отсутствие прямих корреляций мезду флюоресцентными и фотодшашіческимд свойствами различных компопент препарата, аккумулированных в опухоли, что усложняет решение задач световой дозиметрии при ФДГ. Наиболее эффективно флюоресценция ПГП возбуждается в ближнем УФ и синем диапазонах спектрэ, что, по-сущвству, сулшет возможности флюоресцентной диагностики, т.к. возбуждающее излучение проникает в биологические ткани не более, чем на глубину клеточпого слоя и кроме того, одновремэнно возбуждается собственная флюоресценция тканей, сильно затрудняющая обнаружение опухолей малых размеров.
Несовершенство используемых препаратов стимулировало поиск нових, более эффективных фотосенсибилизаторов различных классов химических соединений. На различных модельных системах интенсивно исследуется их фотодпнамическэя активность. Как отмечают многие автори, для клинического применения необходим препарат, оптимально сочетающий свойства эффективного фотосенсибилизатора и флюоресцентного мзркера опухолей, поскольку флюоресценция фотосенсибилизатора и возможность ее эффективного обнаружения необходима не только для диагностических целей, но и для терапии, т.к. позволяет проводить контроль, за состоянием красителя при ФДТ и может бить использована для получения необходимой для решения
проблем световой дозиметрии информации о содераании препарата в тканях.
В этой связи представляется актуальным исследование фотосенсибилизаторов нового поколения с точка зрения их применения для флюоресцентной диагностики рака.
Цель работы заключалась в:
1) поиске новых эффективных фотосеисибялизаторов для
спектрально-флюоресцентной диагностики рака;
2) разработке метода спектрально-флюоресцентной диагностики с
применением фотосенсийилизаторов нового поколения.
В.процессов выполнения работы решались следующие задачи:
3) методические:
- разработка методов измерений спектрально-флюоресцентных
:арактеристик биологических тканей in vivo с использованием
[азерных источников возбуждения флюоресценции, оптического
ногоканального анализатора спектров, а также
олоконно-оптической системы доставки возбуждающегося и сбора
люоресцентного и рэссеяного от ткани излучений;
создание тестовой методики скрининга потенциальных >тосенсибилизаторов по флюоресцентной контрастности опухоли "носптельно окружающих нормальных тканей;
- разработка метода оценки накопления фотосенсибилизатора в
ухолввых и нормальных тканях;
исследовательские:
- исследование, на основе скршшнгового метода, возможностей
тользования фотосенсибилизаторов из классов азо- и
ізопорфинов как экзогенных опухолевых маркеров при
флюоресцентной диагностике злокачественных опухолей;
исследование селективности накопления сульфированных фталоцианянов алюминия и мезозадащенных тетрабензопорфянов в трансплантируемых опухолях лабораторных животных;
сравнительный анализ ФД-характеристик исследованных фотосенсибилизаторов и определение наиболее перспективных из них для создания новых лекарственных препаратов для ФД и ФДТ рака.
Научная новизна работы заключается в следующем: I. На основе световолоконной, лазерной и спектроскопической техники разработана методика измерений спектрально флюоресцентных характеристик биологических тканей in vivo, позволяющая проводить пвинвазивный количественный анализ селективности накопления ФС в опухолевых тканях при возбуждении флюорвсцешдаа излучением Не-Не лазера и одновременной регистрации спектров флюоресценции в диапазоне 650-800 -нм и обратного диффузно рассеянного от ткани сигнала лазерного возбуждения.
Z. Как флюоресцентные опухолевые маркеры впервые исследованы новые потенциальные ФС: мезо-замещэнные тетрабензопорфины, моно-и дифталоцданины редкоземельных элементов {Ы, Eu. Pr, Gd) и металлов-ІУ группы (Hf, Zr).
3. Среди отечественных ФС нового поколения обнаружены Ї детально исследованы препараты, в том числе не имеющие зарубеанш аналогов, обладающие высокой фотодиагностической эффективностью ] перспективные с точки зрения создания новых лекарственных фор для таких современных лазерных медицинских технологий, как ФД ФДТ рака.
Практическая значимость работы: I. Разработанная на основе лазерного волоконного спектроанализатора оригинальная методика измерений спектрально-флюоресцентных характеристик тканей in vivo является достаточно универсальной и может бнть использован как для исследования ФД-характеристик препаратов на стадии доклинических испытаний, так и при ФД и ФДТ рака в клинической практике.
2. Проведенные на стадии доклинических испытаний исследования ФД-характеристик 27 отечественных потенциальных ФС позволили провести выбор фотосвнсибилизатора (сульфофталоцланина алшшгая) для разработки его лекарственной формы для ФД и ФДТ рака. В сравнении с препаратами» праменящимяся в настоящее время в зарубежной клинической практике, сульфофталоцианины алюминия характеризуются простотой и доступность!) их получения не только в лабораторных, но и в заводских условиях, отличаются постоянством и высокой вопроизводишстыз химического состава, низкой токсичностью и устойчивостью при хранении.
3.. Сильное поглощение в красном диапазоне спектра, где биологические ткани относительно прозрачни, и возможность использования для возбуждения их флюоресценции излучения He-tie лазера, наиболее простого и широко распространенного из используемых в клинической практике лазерных источников, существенно повышает эффективность и глубину диагностики с таким экзогенным опухолевым маркером, кай сульфофталоцяанин алюминия.
4. В целом, наличие препарата, сочетающего свойства эффективного ФС и аффективного4 опухолевого маркера, наличие юдеаиа*. а простых в эксплуатации лазерных источников, юобходамых Дли использования сульфоталоцианина алюминия в слинической практике, создает исключительную перспективу для
- б -
развития в нашей стране ютодов ФД и ФДТ рака и внедрения шс в широісую клиническую практику.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы доложены на УШ Всесоюзной конференции "Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение", (Менделе8во. 1986); международном симпозиуме "Применение лазеров в хирургии и медицине" (Самарканд, 1988); Международной конференции "Лазери п медицина" (Ташкент, 1989); Республиканской школе-сэминаро "Лазерная биология и лазерная медицина: практика" (Тарту, 1990); Республиканской школе-семшаре "Лазерная биология и медицина. Новые применения" (Таллинн, 1991); пленуме Научного Совета АМН СССР "Лазерная медицина, хирургия и лазерная медицинская техника" (Казань, 1991); ХІУ Международной конференции по когерентной и пелшейной оптике (Ленинград, 1991); Международной конференции "Новое в лазерной медицине" (Брест, 1991).
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения п списка цитируемой литературы. Содержание диссертации изложено не 142 страницах машинописного текста, иллюстрировано 44 рисунками и содержит .3 таблицы, из которых одна составлена по данным литературы. Список литературы включает 129 наименований.
