0 Предисловие
Рак мочевого пузыря является одной из наиболее распространенных злокачественных опухолей мочевыводящих путей, и его частота значительно возросла в последние годы. Рак мочевого пузыря имеет четкую «мультицентрическую распространенность», рецидивы встречаются очень часто (около 50%), а 10%-15% поверхностных раков мочевого пузыря в конечном итоге перерастают в мышечно-инвазивный рак мочевого пузыря или метастазы, особенно у пациентов с распространенными опухолями мочевого пузыря, не имеющих эффективного лечения [1]. Послеоперационная перфузионная химиотерапия при раннем раке мочевого пузыря эффективна для предотвращения рецидивов, но частота рецидивов все еще составляет около 20% [2]. Поэтому поиск действенных мер для лечения распространенного рака мочевого пузыря и эффективной профилактики послеоперационного рецидива находится в центре внимания исследований в урологической онкологии, особенно таргетная терапия стала горячей точкой мировых исследований.
1. Фотодинамическая терапия
Так называемая фотодинамика — это фотосенсибилизация, внутриклеточный реакционный процесс, при котором определенное вещество облучается светом и вызывает увеличение количества содержащегося в нем этого вещества. Оскар Рааб описал убивающий эффект света в сочетании с акридинами на C. gramineus, явление, описанное как фотодинамическая терапия или фотохимический токсический эффект [3, 4]. В медицине фотодинамика может использоваться не только для диагностики (фотодинамическая диагностика, ФДД), но и чаще для лечения (фотодинамическая терапия, ФДТ). Впервые ФДТ была использована Келли и другими [5] в 1975 году для лечения поверхностного рака мочевого пузыря, и с тех пор, после многочисленных исследований, было подтверждено, что ФДТ является эффективным методом лечения рака мочевого пузыря. С 1993 года ФДТ постепенно стала важным инструментом в лечении опухолей мочевого пузыря.
1.1 Основные принципы фотодинамической терапии и фотосенсибилизаторы
После поступления в организм фотосенсибилизатора в течение определенного времени опухолевые ткани впитывают и накапливают больше фотосенсибилизатора, который облучается светом определенной длины волны и претерпевает фотохимические реакции с участием кислорода в биологических тканях, генерируя синглетный кислород и/или свободные радикалы, которые разрушают различные биологические макромолекулы в тканях и клетках и в конечном итоге вызывают гибель опухолевых клеток в терапевтических целях [6].
Фотодинамическая терапия включает три необходимых условия: фотосенсибилизатор, свет и кислород [7,8]. Среди них фотосенсибилизатор — самый важный фактор, который является основой для проведения ФДТ и узким местом, ограничивающим развитие фотодинамики. Фотосенсибилизаторы для фотодинамической диагностики и лечения должны быть способны накапливаться именно в опухолевых тканях и в меньшей или меньшей степени в нормальных тканях, что позволяет отличать опухоли от нормальных тканей. Идеальный фотосенсибилизатор должен удовлетворять следующим условиям [9]: 1), сильный пик поглощения в красной области видимого света (длина волны > 630 нм); 2), высокая скорость квантовой продукции тройного состояния; 3), высокая скорость квантовой продукции синглетного состояния кислорода; 4), низкая темновая токсичность; 5), избирательное задержание в раковых тканях и отсутствие или незначительное поглощение здоровыми тканями, особенно кожей; 6), легкий синтез в больших количествах, простая рецептура, и легко сохраняется; 7), в соответствии с фармакокинетическими требованиями, избыток препарата может быть быстро выведен из организма.
В настоящее время исследования фотосенсибилизаторов в основном пережили три поколения: первое поколение фотосенсибилизаторов для производных гематопорфирина (таких как HpD, Porphines и т.д.), должны вводиться внутривенно или перорально, плохое нацеливание, медленное выведение, склонны к фототоксическим реакциям, после введения препарата должно пройти много времени, чтобы избежать света, был в значительной степени устранен. После восьмидесятых годов, второе поколение фотосенсибилизаторов развития исследований развивается быстро, в светочувствительной активности, спектр поглощения и ткани селективности, чем первое поколение фотосенсибилизаторов были значительно улучшены. Фотосенсибилизаторы второго поколения — это производные порфиринов, такие как производное бензопорфирина моноциклической кислоты А (BPD-MA), гипокреллин, гиперицин, 5-аминоацетоуксусная кислота (5-АЛА) и др. Хотя перфузия мочевого пузыря 5-АЛА позволяет избежать появления побочных эффектов, таких как реакции фоточувствительности кожи, все еще существуют плохое нацеливание, медленное поглощение Хотя перфузия мочевого пузыря 5-АЛА позволяет избежать побочных эффектов, таких как фоточувствительность кожи, все еще существуют недостатки, такие как плохое нацеливание и медленное поглощение, и препарат должен действовать на слизистую мочевого пузыря более 4 часов, чтобы произвести терапевтический эффект. Кроме того, процесс синтеза BPD-MA и 5-ALA сложен, выход низкий, а затраты высокие, поэтому цена дорогая. Фотосенсибилизаторы на основе хлорофилла — это новые типы фотосенсибилизаторов, которых нет ни в стране, ни за рубежом. Некоторые исследовательские институты использовали производные хлорофилла (экстракт песка китайского шелкопряда) для перорального приема для клинических и фундаментальных исследований лечения ФДТ и получили определенную эффективность и меньшую кожную фототоксичность [8]. Препараты третьего поколения, которые связаны с моноклональными антителами или антисмысловыми олигонуклеотидами, представляют собой препараты типа «биологической ракеты» с более высокой избирательностью и специфичностью, и все еще находятся в стадии лабораторного проектирования и разработки.
В заключение следует отметить, что в стране и за рубежом по-прежнему не хватает идеальных фотосенсибилизаторов с хорошей направленностью, сильной светочувствительностью, быстрым поглощением клетками, простым извлечением и синтезом. Из-за этого энтузиазм в исследованиях фотодинамической терапии в стране и за рубежом несколько поутих после 2006 года, но это все равно не может скрыть многообещающее будущее фотодинамической терапии.
Фотодинамика для диагностики и лечения рака мочевого пузыря
Эксперименты in vitro подтвердили: преципитация протопорфирина IX связана с пролиферацией клеток [10]. После перфузии мочевого пузыря фотосенсибилизатором протопорфирин IX накапливался высокоселективно в зарождающейся слизистой ткани мочевого пузыря, с соотношением концентрации 17:1 преципитации протопорфирина IX в нормальной слизистой ткани. После лазерного облучения злокачественные участки слизистой мочевого пузыря флуоресцировали красным цветом, в отличие от синей флуоресценции нормальной слизистой мочевого пузыря. Таким образом, флуоресцентная цистоскопия может обнаружить микроскопические поражения, которые не выявляются при обычной цистоскопии.
Теоретически, PDT — это «целевой, клеточный, микроскопический эффект убийства», который больше подходит для «мультицентрического возникновения» и «высокого рецидивирования» рака мочевого пузыря в клинической практике. С быстрым развитием лазерных, волоконно-оптических и эндоскопических технологий фотодинамическая диагностика и лечение рака мочевого пузыря имеет большие внутриполостные преимущества и светлое будущее. Особенно для «предраковых поражений, очень ранней стадии рака, рецидивирующего рака и карциномы in situ (Tis)», хотя клинически трудно достичь эффективного лечения, ФДТ может даже достичь лечебного эффекта с низким уровнем рецидивов [11,12]. Кроме того, ФДТ обладает паллиативной эффективностью при раке средней и поздней стадии. В клинической практике ФДТ применяется в основном для пациентов с рефрактерным раком мочевого пузыря и карциномой in situ, чьи опухоли неоднократно рецидивировали, не отвечали на химио- и иммунотерапию, не переносят хирургическое вмешательство или не желают подвергаться операции [13].
Ray ER [14] и др. сообщили об использовании флуоресцентной цистоскопии у 18 пациентов с послеоперационными опухолями мочевого пузыря, и частота обнаружения при флуоресцентной цистоскопии составила 97,8% по сравнению с частотой обнаружения 69,6% при обычной цистоскопии. Результаты показали, что фотодинамическая диагностика с использованием флуоресцентной цистоскопии имеет более высокую частоту обнаружения и может быть важным методом послеоперационного наблюдения за опухолями [14,15].Nseyo et al [16] обобщил 13-летний опыт лечения 58 случаев рака мочевого пузыря, и ФДТ была эффективной у 84,2% (48/58) пациентов. Он сделал вывод, что ФДТ следует проводить сразу после неудачи традиционного лечения поверхностного рака мочевого пузыря, БЦЖ или химиотерапии, и ФДТ может быть вариантом лечения второй линии для таких пациентов.
2 . Технология наномодификации и фотодинамические эффекты
2.1 Нанотехнологии и наномедицина
Эффективность ФДТ при раке мочевого пузыря четко связана с используемым фотосенсибилизатором. Желаемый эффект уничтожения опухоли может быть получен только в том случае, если фотосенсибилизатор концентрируется в клетках рака мочевого пузыря высокоэффективным и целенаправленным образом. Важным фактором, ограничивающим в настоящее время клиническое применение ФДТ, является отсутствие идеального фотосенсибилизатора. Быстрое развитие нанотехнологий предложило идеи для решения вышеупомянутых проблем. Наноустройства длиной всего 1-100 нм способны свободно входить и выходить из клеток человека и имеют преимущества малого размера, биосовместимости и органонаправленности по сравнению с предыдущими диагностическими и терапевтическими подходами [17]. Концепция использования нанотехнологий в медицинских исследованиях и клинической практике известна как наномедицина, впервые предложенная знаменитым нобелевским лауреатом Ричардом Фейнманом. Крошечные нанороботы и наноустройства могут быть использованы для обеспечения более быстрых, точных и надежных диагностических и терапевтических подходов [18]. Наночастицы, нагруженные антителами, коллагеном и микромолекулами, использовались для ранней диагностики опухолей [19]. Кроме того, наноинкапсулированные противоопухолевые препараты или генные препараты могут быть использованы для целенаправленной противоопухолевой терапии и снижения побочных токсических эффектов лекарств [20-22].
2.2 Наномодификация и лекарственно-таргетные эффекты
Традиционные пути введения пероральных и инъекционных препаратов изменяют фармакокинетические параметры и не позволяют осуществлять адресную доставку лекарств. Кроме того, генетические полиморфизмы, выходящие за рамки эффлюксного насоса и лекарственной устойчивости, снижают эффективность препарата. Использование опосредованной нанотехнологиями доставки лекарств может преодолеть эти недостатки и позволяет осуществлять адресную доставку лекарств, тем самым снижая токсическое действие препарата [23]. Наночастицы, используемые для доставки лекарств, включают липосомы, наночастицы золота, магнитные наночастицы и углеродные нанотрубки. Таргетированные лекарственные препараты, нуклеиновые кислоты и другие молекулы, синтезированные с помощью наночастиц, являются предметом современных исследований и разработок. Разнообразные наночастицы могут обеспечить таргетную доставку лекарств в опухоли [24]. Опухолевые ткани отличаются от нормальных тканей тем, что в них размеры пор эндотелиальных клеток достигают 200 нм-1,2 мкм, и наночастицы проходят через большие поры и накапливаются в опухолевых тканях [25]. Наномикросферы с модификацией поверхности, содержащие лекарственные препараты, в сочетании с длительным временем циркуляции при внутривенной доставке лекарств делают возможной трансмукозальную доставку водорастворимых биомолекулярных препаратов и адресную доставку лекарств в определенные ткани или клетки. Сосудистая система в опухолевых участках имеет более высокую проницаемость, чем в нормальных участках (эффект ЭПР), и с гарантией длительного времени циркуляции, нанолекарственные носители могут в полной мере использовать вышеуказанный эффект для обогащения в опухолевых участках и достижения эффекта «пассивной таргетной» доставки лекарств, что не только улучшает опухолевую таргетность и скорость клеточного поглощения лекарств, но и снижает их системную токсичность [26,26 Hu Y [28] et al. использовали нано-микросферы, обернутые паклитакселом, для уничтожения клеток HepG2 in vitro и показали, что микросферы обладают лучшим поглощением лекарства и эффектом уничтожения клеток.
2.3 Наномодифицированные фотосенсибилизаторы — фоточувствительные наномикросферы
Использование нанотехнологий для модификации фотосенсибилизированных наночастиц является новым направлением в разработке фотосенсибилизаторов. В 2007 году Vargas et al [29] использовали наносферы для инкапсуляции фотосенсибилизатора порфирина и первоначально продемонстрировали лучшее поглощение клетками и фотодинамический киллинг в экспериментах in vitro. В настоящее время международные исследования по теме «фоточувствительные наномикросферы для фотодинамической терапии опухолей» находятся в стадии зарождения. Некоторые ученые предсказывают, что нанотехнологии вызовут новую волну исследований в области фотодинамической терапии, а фоточувствительные наномикросферы будут иметь наиболее перспективное клиническое применение [30].
3 , Заключение и перспективы
Нанотехнологии были использованы для инкапсуляции противоопухолевых препаратов, и эксперименты показали, что наномикросферы могут повысить эффективность загрузки лекарств и снизить их токсичность. Управление по контролю за продуктами и лекарствами США одобрило продажу суспензии для инъекций наночастиц паклитаксела, связанного с альбумином (паклитаксел, ABI-007), для лечения рака молочной железы, рецидивирующего после неудачной комбинированной химиотерапии или в течение 6 месяцев после адъювантной химиотерапии при метастатическом раке молочной железы [31]. Можно предположить, что целевая доставка и контролируемое высвобождение фотосенсибилизаторов могут быть улучшены благодаря достижениям в области нанотехнологий и наноматериалов. Фоточувствительные наномикросферы вполне могут стать новым фотосенсибилизатором для удовлетворения клинических потребностей. Фоточувствительные наномикросферы, скорее всего, будут использоваться для клинического лечения рака мочевого пузыря in situ (Tis), уменьшения послеоперационного рецидива рака мочевого пузыря и паллиативного лечения прогрессирующего рака мочевого пузыря.