Булгакова Н. Н. 1, Ягудаев Д. М. 2, Сорокатый А. Е. 2, Гейниц А. В. 3

Вид материала

Содержание

Нормированная флуоресценция тканей предстательной железы

Подобный материал:

Физическая медицина. 2005. Т. 15. № 2. Биомоделирование и биомедицинские технологии.

Булгакова Н.Н.^¹, Ягудаев Д.М.^², Сорокатый А.Е.², Гейниц А.В.^³,

Маркова М.В.²

Изучение накопления фотосенсибилизатора Фотодитазин
в гиперплазированной ткани предстательной железы человека

Резюме. В работе впервые изучено накопление, распределение и выведение фотосенсибилизатора Фотодитазин из гиперплазированной ткани предстательной железы человека. Методом флуоресцентной спектроскопии показано, что в течение 2—6 часов после внутривенного введения в дозе 1 мг/кг Фотодитазин детектируется в гиперплазированной ткани простаты человека. Максимальное накопление препарата регистрируется через 3 часа после введения. Через 24 часа экзогенная флуоресценция Фотодитазина значительно снижается, что свидетельствует о его выведении. Это позволят рекомендовать препарат Фотодитазин при лечении доброкачественной гиперплазии предстательной железы методом фотодинамической терапии.

Ключевые слова: гиперплазия предстательной железы, флуоресценция, фотодинамическая терапия, Фотодитазин.

Введение

Доброкачественная гиперплазия предстательной железы (ДГПЖ) остается одним из наиболее часто встречающихся заболеваний мужчин пожилого возраста [1, 2]. В настоящее время «золотым стандартом» лечения при прогрессировании симптомов ДГПЖ является трансуретральная резекция простаты [3—5]. Альтернативный вариант – лазерная эндоскопическая хирургия. Объем железы уменьшается в результате термического действия высокоэнергетического лазерного излучения, доставляемого по световоду через рабочий канал эндоскопа. Коагуляция и испарение гиперплазированой ткани способствуют уменьшению объема железы и созданию адекватного оттока мочи. Основными преимуществами лазерной хирургии при ДГПЖ являются: возможность ее использования у больных с высоким операционным и анестезиологическим риском, с заболеваниями свертывающей системы крови, у пациентов сексуально активного возраста, а также отсутствие интра- и послеоперационных кровотечений, возможность достижения глубокой коагуляции тканевых структур, малая инвазивность и травматичность вмешательства.

В то же время, лазерная эндохирургия ДГПЖ имеет ряд недостатков [1]. К ним относится дизурия в послеоперационном периоде, устранение обструкции в поздние сроки, длительное послеоперационное отведение мочи, ограничение показаний к применению размерами ДГПЖ, длительность операции, отсутствие четких дозиметрических протоколов лечения и сведений об отдаленных результатах, относительная нерадикальность лечения.

Принципиально новым методом лечения злокачественных и доброкачественных образований ПЖ является фотодинамическая терапия (ФДТ) [6]. Метод ФДТ основан на взаимодействии лазерного излучения и фотосенсибилизатора, который вводится внутривенно за несколько часов до проведения сеанса ФДТ [7, 8]. Основными факторами, определяющими клиническую эффективность ФДТ, являются: концентрация фотосенсибилизатора (ФС) в ткани, поглощенная доза световой энергии и уровень оксигенации ткани. Преимущественное накопление некоторых ФС в тканях с высокой пролиферативной активностью в сочетании с локальностью лазерного облучения приводят к высокой избирательности фотодинамического воздействия. ФДТ также отличается от традиционных методов лечения отсутствием риска тяжелых местных и системных осложнений, возможностью многократного повторения лечебного сеанса [7, 9]. ФДТ успешно применяется во всем мире для лечения поверхностных злокачественных опухолей полых органов (легких, пищевода, мочевого пузыря), а также неонкологических заболеваний [9—11]. В то же время, интерстициальная ФДТ при патологии солидных органов, в том числе, рака и аденомы простаты [6, 12], находится в стадии развития. Это обусловлено отсутствием информации о фармакокинетике ФС в ткани-мишени, четких дозиметрических протоколов, а также трудностями, связанными с доставкой лазерного излучения и равномерным облучением требуемого объема простаты.

В качестве фотосенсибилизаторов для ФДТ применяют препараты на основе порфиринов: Фотофрин (США), Фотогем (Россия), Фотосан (Германия). Основным недостатком указанных препаратов является их длительное (до 4 недель) выведение из организма и кожная фототоксичность, сохраняющаяся в течение нескольких недель после внутривенного введения. Это обстоятельство стимулировало активный поиск и разработку ФС, отвечающих критериям «идеального» препарата для ФДТ [12]. Наиболее перспективными считаются препараты хлоринового ряда, которые имеют сильное поглощение в красной области с максимумом на 650—660 нм и полностью выводятся из организма в течение 3—4 суток. К этой группе относится Фотодитазин. Клинические испытания показали высокую эффективность его использования в ФДТ рака и некоторых неонкологических заболеваний [13, 14].

Таким образом, представляет интерес возможность применения метода ФДТ с препаратом Фотодитазин для лечения пациентов с ДГПЖ. Очевидно, что необходимым условием для этого является накопление ФС Фотодитазин в гиперплазированной ткани ПЖ.

Целью данной работы было изучение накопления, выведения и распределения Фотодитазина в гиперплазированной ткани ПЖ человека.

Как известно, многие фотосенсибилизаторы, в том числе Фотодитазин, флуоресцируют в красной области спектра, что, в сочетании с их повышенным накоплением в тканях злокачественных новообразований, составляет основу флуоресцентной диагностики рака [15, 16]. Флуоресценция ФС также позволяет изучать кинетику их накопления и выведения в тканях in vivo и ex vivo.

Материалы и методы. В данной работе для детектирования Фотодитазина в гиперплазированной ткани ПЖ был использован метод локальной флуоресцентной спектроскопии.

Фотодитазин является производным хлорина Е6. ФС вводили пациентам с доброкачественной гиперплазией предстательной железы (в данную группу включены 6 пациентов, давших информированное согласие на клиническое исследование). Вышеуказанный диагноз был подтвержден гистологическим исследованием. Объем предстательной железы колебался от 70 до 120 см³. ФС вводили внутривенно в дозе 0,5—1 мг/кг массы тела за 2, 3, 6 и 24 часа до удаления гиперплазированной ткани. После трансвезикальной аденомэктомии проводили флуоресцентное детектирование ФС Фотодитазин на удаленном материале ex vivo (рис. 1).

Аппаратура. Флуоресцентное детектирование проводилось методом локальной спектроскопии. Для этой цели использовали спектрально-флуоресцентную диагностическую установку «Спектр-“Кластер”» (ООО «Кластер», ИОФ РАН, Москва) (Рис. 2) [17, 18].

Рис. 1. Спектрально-флуоресцентная диагностическая установка «Спектр-“Кластер”»

Рис. 2. Проведение спектрально-флуоресцентных измерений

Данная установка включает в себя: волоконно-оптическое устройство доставки лазерного излучения и сбора флуоресцентного излучения, спектрограф; многоканальный линейный фотоприемник, ПК, а также ряд лазерных источников для возбуждения флуоресценции с длинами волн генерации в диапазоне от 405 нм до 640 нм. Возможность выбора лазерного источника позволяет оптимизировать процесс диагностики в соответствии с целью исследования и/или используемым ФС. При возбуждении в одной из полос поглощения препараты на основе хлоринов флуоресцируют в красной области спектра с максимумом в районе 650—0680 нм [19]. В данной работе для возбуждения флуоресценции Фотодитазина применяли лазерное излучение с длиной волны 638 нм вблизи последнего широкого максимума поглощения на 652 нм. Это позволило селективно возбуждать экзогенную флуоресценцию ФС без возбуждения флуоресценции эндогенных флуорохромов тканей. Регистрируемый спектр флуоресценции удаленной ткани ПЖ фактически представлял собой спектр экзогенной флуоресценции введенного препарата в диапазоне 650—750 нм (Рис. 3, 4). Мощность лазерного излучения с конца волоконно-оптического катетера составляла 5 мВт, время экспозиции — 60 мс., пространственное разрешение при сканировании поверхности ткани с помощью волоконно-оптического катетера достигало порядка 1 мм.

Методика измерений и обработки спектров. В работе использована методика измерений нормированных спектров флуоресценции биологических тканей in vivo, разработанная [20] для непигментированных мягких тканей при терапевтических концентрациях экзогенного флуоресцентного маркера.

В работе [20] была теоретически и экспериментально обоснована правомерность нормировки спектров экзогенной флуоресценции, измеренных in vivo при возбуждении и регистрации флуоресценции в красной области спектра, на величину мощности обратного диффузно-рассеянного (ОДР) в ткани сигнала возбуждающего лазерного излучения. Это позволяет проводить неинвазивные и воспроизводимые измерения накопления ФС в биотканях. Информативным параметром при этом является нормированная флуоресценция тканей F_N, которая определяется отношением интегральной интенсивности излучения флуоресценции фотосенсибилизатора (в данной работе в интервале 655¸780 нм) к интегральной интенсивности ОДР сигнала возбуждающего лазерного излучения (в данной работе в интервале 632¸642 нм).

Рис. 3. Спектр флуоресценции Фотодитазина в физиологическом растворе (0.001 мг/мл ) при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 638 нм

Рис. 4. Спектры флуоресценции гиперплазированной ткани ПЖ, измеренные ex vivo без введения (1) и через 2 часа после внутривенного введения в дозе 0.5 мг/кг (2) и 1 мг/кг (3). Спектры измерены с поверхности ПЖ при возбуждении 638 нм и нормированы на величину обратного, диффузно рассеянного в ткани сигнала возбуждающего лазерного излучения на 638 нм (ОДР сигнала)

Теоретически было показано [20], что величина F_N зависит от локальной концентрации фотосенсибилизатора и оптических свойств ткани и определяется как

, где

c, e, q — концентрация, молекулярная экстинкция, квантовый выход флуоресценции фотосенсибилизатора, соответственно;

D, a — коэффициент диффузии излучения в ткани, и эффективный коэффициент ослабления излучения в ткани, соответственно;

δ — отношение чувствительности регистрируемой аппаратуры на длине волны флуоресценции к чувствительности на длине волны возбуждения.

Необходимо подчеркнуть, что данная методика применима именно в красной области спектра, где доминирует многократное рассеянии, и коэффициент поглощения излучения много меньше коэффициента рассеяния излучения. Как показано в ряде экспериментальных и клинических исследований простаты человека ex vivo и in vivo [6, 21, 22], оптические свойства данной ткани в диапазоне 630—780 нм характеризуются малым поглощением и большим рассеянием, что обосновывает применимость указанной выше методики для решения поставленной задачи.

В ходе спектрально-флуоресцентных исследований измеряли спектры экзогенной флуоресценции удаленной ткани ПЖ в диапазоне 655—750 нм и оценивали величину нормированной флуоресценции тканей F_N. Измерения проводили при сканировании пятна возбуждающего лазерного излучения вдоль поверхностей правой боковой (ПБД), левой боковой (ЛБД) и средней долей (СД) ПЖ (рис. 1), а также вдоль разрезов всех долей на глубину до 1,5 см (предполагаемая средняя глубина распространения фотодинамического эффекта). При исследовании каждого операционного материала измеряли от 60 до 90 спектров флуоресценции и рассчитывали усредненную величину нормированной флуоресценции F_N для ПБД, ЛБД и СД для поверхности и разреза. Полученные значения усредняли для определения нормированной интенсивности флуоресценции F_N гиперплазированной ткани ПЖ.

Результаты и обсуждение. На рис.4 представлены спектры флуоресценции аденомы ПЖ, измеренные до введения ФС (0 мг/кг) (F_N = 0,6), через 2 часа после внутривенного введения в дозе 0,5 и 1,0 мг/кг (F_N = 5,6 и 15,3, соответственно). Для иллюстрации дозовой зависимости были выбраны спектры с максимальными значениями величины нормированной флуоресценции F_N. Можно видеть, что без введения ФС эндогенная флуоресценция гиперпазированной ткани ПЖ ничтожно мала, в то время как после введения ФС спектр излучения флуоресценции ткани идентичен спектру флуоресценции Фотодитазина (рис. 3, 4), причем величина нормированной флуоресценции пропорциональна вводимой дозе ФС.

Для дальнейших исследований была выбрана доза 1 мг/кг. Показано, что во все сроки после введения Фотодитазина в данной дозе его экзогенная флуоресценция достоверно регистрируется во всех долях удаленной гиперплазированной ткани ПЖ как с поверхности, так и интерстициально. Распределение флуоресценции Фотодитазина в объеме ПЖ не является однородным, что подтверждается разбросом величины нормированной флуоресценции F_N (табл. 1). Можно предположить, что неоднородное распределение экзогенной флуоресценции Фотодитазина и, следовательно, неравномерность его накопления отражает неоднородность морфологической структуры гиперплазированной ткани ПЖ.

Таблица 1

Нормированная флуоресценция тканей предстательной железы

Дизайн исследования	ЛБД		ПБД		СБД		Средняя F _N
Дизайн исследования	Поверхность	разрез	поверхность	разрез	поверхность	разрез	Средняя F _N
2 /0,5*	4,3±1,1	4,5±1,3	4,4±1,2	6,3±2,7	3,9±1,1	7,2±2,0	5,1±1,3 (n= 89)^**
2 /1,0	8,9±3,7	6,5±1,4	9,9±2,6	6,9±0,7	7,6±2,4	3,8±1,3	7,3±2,1 (n= 62)
3 /1,0	13,2±6,3	9,1±3,6	16,3±7,7	12,3±2,8	13,3±4,8	10,1±3,0	12,4±2,6 (n= 77)
6 /1,0	8,2±1,5	5,2±1,4	7,7±3,6	5,1±1,5	15,7±6,2	7,7±2,9	8,3±3,9 (n= 67)
24 /1,0	2,1±0,7	1,3±0,3	1,9±0,4	1,7±0,4	1,7±0,5	1,4±0,4	1,7±0,3 (n= 60)
Без ФС	0,7 ±0,2	0,8±0,1	0,8 ±0,1	0,9±0,1	0,6 ±0,2	0,7 ±0,2	0,7 ±0,2 (n= 56)

___________

Примечание:

* - в графе указаны: время, прошедшее после введения Фотодитазина (ч.) / доза введенного препарата (мг/кг массы тела).

^** - в скобках указано количество записанных спектров флуоресценции.

Рис 5. Усредненная нормированная флуоресценция гиперплазированной ткани ПЖ, измеренная ex vivo до введения (0), через 2, 3, 6 и 24 часа после внутривенного введения Фотодитазина в дозе 1 мг/кг.

Максимальная флуоресценция Фотодитазина регистрируется через 3 часа после введения, в то время как достоверные различия в измерениях нормированной флуоресценции через 2 и 6 часов после введения не выявлены (табл. 1, рис. 5). Через 24 часа флуоресценция Фотодитазина резко снижается, что свидетельствует о быстром выведении препарата.

Выводы

В данной работе впервые изучено накопление, распределение и выведение фотосенсибилизатора Фотодитазин из гиперплазированной ткани ПЖ человека. Методом локальной флуоресцентной спектроскопии показано, что в течение 2—6 часов после внутривенного введения Фотодитазина в дозе 1 мг/кг фотосенсибилизатор детектируется в гиперплазированной ткани ПЖ человека, при этом максимальная интенсивность экзогенной флуоресценции Фотодитазина регистрируется через 3 часа после его введения. Через 24 часа после введения препарата интенсивность флуоресценции значительно снижается, что свидетельствует о выведении Фотодитазина.

Полученные результаты позволяют рекомендовать препарат Фотодитазин для лечения больных доброкачественной гиперплазии предстательной железы методом фотодинамической терапии.

Список источников информации, принятых во внимание:

Лопаткин Н.А. Доброкачественная гиперплазия предстательной железы. М., 1997.
Coffey D.S. The structure and function of the prostate glend and the sex accessory tissue in prostate cancer // Khoury S., Chatelein C., Murpfy G. Physiologie de la Proside. Paris: FIIS, 1990. P. 70—103.
Мартов А.Г. и др. Трансуретральное эндоскопическое рассечение шейка мочевого пузыря и предстательной железы // Урология и нефрология. 1995. № 4. С. 29.
Mebust W.K., Holtgrewe H.L., Cockett A.T.K. et al. // Eur. Urol. 1989. Vol. 141. P. 243—247.
Parsons R., Campbel J. et al. The effect of the laser on dog bladder: A preliminary report // J. Urology. 1996. Vol. 95. P. 716—717.
Muschter R. Photodynamic therapy: a new approach to prostate cancer // Curr. Urol. Rep. 2003. Vol. 4. № 22. P. 1—8.
Dougherty T.J., Gomer C., Henderson B., Jori G., Kessel D. et al. Photodynamic therapy [Review] // J. Natl. Cancer Inst. 1998. Vol. 90. № 12. P. 889—905.
Henderson B.W., Dougherty T.J. How does photodynamic therapy work? // Photochem. Photobiol. 1992. Vol. 55. № 1. P. 45—57.
Соколов В.В., Странадко Е.Ф., Жаркова Н.Н., Якубовская Р.И. Фотодинамическая терапия злокачественных опухолей основных локализаций с препаратами Фотогем и Фотосенс (результаты 3-х летних наблюдений) // Вопросы онкологии. 1995. Т. 41. № 2. С.134—138.
Русаков И.Г., Быстров А.А. Хирургическое лечение, химио- и иммунотерапия больных поверхностным раком мочевого пузыря // Практическая онкология. 2003. Т. 4. № 4. С. 214—224.
Martin N., Hann S. Interstitial photodynamic therapy for prostate cancer: a developing modality // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2004. № 1. P. 123—136.
Allison R.R., Downie G.H., Cuenca R., Hu X.H., Childs C., Sibata C. Photosensitizers in clinical PDT // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2004.№1.P. 27—42.
Толстых П.И., Дербенев В.А., Гейниц А.В., Магомедов М.А. Фотодинамическая терапия длительно не заживающих ран // Материалы IV Всеросс. науч.-пр. конф. «Отечественные противоопухолевые препараты». М., 2005.
Гельфонд М.Л., Барчук А.С., Васильев Д.В., Стуков А.Н. Возможности фотодинамической терапии в онкологической практике // Российский био-терапевтический журнал. 2003. Т. 2. № 4. С. 67—71.
Чиссов В.И., Соколов В.В., Булгакова Н.Н., Филоненко Е.В. Флуоресцентная эндоскопия, дермоскопия и спектрофотометрия в диагностике злокачественных опухолей основных локализаций // Российский биотерапевтический журнал. 2003. Т. 2. № 4. С. 45—56.
Zaak D., Kriegmai M., Stepp H., Baumgartner R. et al. Endoscopic detection of transitional cell carcinoma with 5-aminoleulinic acid: results of 1012 fluorescence endoscopies // Urology. 2001. Vol. 57. № 4. P. 690—694.
Zharkova N.N., Kozlov D.N., Polivanov Yu.N., Pykhov R.L. Laser-excited fluorescence spectrometric system for tissue diagnostics // Proc. of SPIE. 1994. Vol. 2328. P. 196—201.
Чиссов В.И., Соколов В.В., Жаркова Н.Н., Филоненко Е.В., Сухин Г.М. Возможности применения флюоресцентной диагностической установки «Спектр» в онкологии // Материалы Международ. Науч.-практ. конф. Северо-Западного региона России «Лазерные и информационные технологии в медицине» XXI. С.-Пб., 2001. С. 513 –514.
Ivanov A.V., Reshetnikov A.V., Ponomarev G.V. Novel drug form of chlorine E6 // Proc. SPIE. 2000. Vol. 3909. P. 124—130.
Жаркова Н.Н. Спектрально-флуоресцентные исследования фотосенсибилизаторов в онкологической диагностике: дисс… канд. физ.-мат. наук. М., 1991.
Arnfield M.R., Charpman J.D., Tulip J., Fenning M.C., McPhee M.S. Optical properties of experimental prostate tumors in vivo // Photochem. Photbiol. 1993. № 57. P. 306—311.
Lee L.K., Whirehurst C., Pantelides M.L., Moore J.V. In situ comparison of 665 nm and 633 nm wavelength light penetration in the human prostate gland // Photochem. Photobiol. 1995. № 62. P. 882—886.

1 Институт общей физики РАН, Москва.

2 Городская клиническая больница N 51, Москва.

3 ФГУ «Государственный научный центр лазерной медицины» Росздрава.

Blog

Булгакова Н. Н. 1, Ягудаев Д. М. 2, Сорокатый А. Е. 2, Гейниц А. В. 3

Содержание