Мониторинг флуоресценции и оксигенации опухоли в процессе фотодинамической терапии с применением фотосенсибилизаторов на основе хлорина е6
Мониторинг флуоресценции и оксигенации опухоли в процессе фотодинамической терапии с применением фотосенсибилизаторов на основе хлорина е6
Пресс-релиз публикации: Efendiev K., Alekseeva P., Linkov K., Shiryaev A., Pisareva T., Gilyadova A., Reshetov I., Voitova A., Loschenov V. Tumor fluorescence and oxygenation monitoring during photodynamic therapy with chlorin e6 photosensitizer // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. – 2024. – Vol. 45. – Art. № 103969. DOI: 10.1016/j.pdpdt.2024.103969
Разработан метод фототераностики опухолей, включающий одновременный мониторинг концентрационного распределения фотосенсибилизаторов (ФС) на основе хлорина е6 (Се6), кинетики фотообесцвечивания Се6, состояния сосудистой системы облучаемых тканей, уровня оксигенации гемоглобина и уровня кровенаполненности микроциркуляторного русла.
Разработанные в последние годы новые подходы к диагностике и лечению опухолей методами флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии (ФДТ) с применением ФС на основе Се6 демонстрируют высокую эффективность. Противоопухолевая эффективность Ce6 при внутривенном введении объясняется главным образом разрушением сосудистой системы биологических тканей в зоне лазерного облучения. При этом эффективность Се6-ФДТ зависит от динамических изменений концентраций ФС и молекулярного кислорода в процессе лазерного облучения, которые изначально неоднородно распределены в тканях опухоли, а также от плотности мощности и дозы энергии светового воздействия. Опухоли одного типа у разных пациентов имеют структурные различия и различия между первичной и вторичной опухолью, что влияет на динамические изменения кровотока, внутритканевого распределения Се6 и молекулярного кислорода. Это создает сложности для широкого клинического применения ФДТ. Таким образом, имеется необходимость в разработке методов и устройств, которые позволили бы интраоперационно, в режиме реального времени контролировать изменения в кровотоке, распределениях Се6 и молекулярного кислорода непосредственно в процессе лазерного облучения.
В данной статье представлены разработанные авторами из ИОФ РАН метод и устройство, которые впервые позволили одновременно контролировать четыре важных параметра, характеризующих состояние облучаемых биологических тканей в процессе ФДТ с применением Се6:
- уровень оксигенации гемоглобина в микроциркуляторном русле по спектру поглощения гемоглобина в диапазоне 500-600 нм;
- уровень кровенаполненности тканей по интегральной интенсивности поглощения гемоглобина в диапазоне 500-600 нм;
- интенсивность диффузно-рассеянного лазерного излучения в области 650-670 нм, характеризующего рассеивающие и поглощающие свойства облучаемых биологических тканей;
- интенсивность флуоресценции Се6 в ближнем инфракрасном диапазоне 725-800 нм, которая напрямую связана с концентрацией ФС.
На Рисунке 1 демонстрируются регистрируемые спектральные данные в процессе проведения ФДТ. Данный метод фототераностики позволяет непосредственно в процессе ФДТ контролировать концентрационное распределение Се6, кинетику фотообесцвечивания Се6, состояние сосудистой системы облучаемых тканей, уровень оксигенации гемоглобина и уровень кровенаполненности микроциркуляторного русла. Данные показатели могут быть использованы в качестве критериев оценки эффективности проводимой ФДТ. Выявлены различия в процессах фотодинамического воздействия на сосудистую систему опухоли при разных уровнях накопления Се6.
Разработанные метод и устройство были апробированы в Институте кластерной онкологии им. И.М. Левшина Сеченовского университета при ФДТ пациентов с морфологически подтвержденными опухолями кожи. Внедрение в клиническую практику интраоперационного спектроскопического метода мониторинга фотообесцвечивания Се6 и уровня оксигенации гемоглобина в опухоли позволяет персонализировать длительность светового воздействия на опухоль и увеличить эффективность ФДТ.
По результатам исследований 09.11.2023 г. получен патент на изобретение: Патент № 2807133. Устройство для спектрально-флуоресцентного контроля состояния биологических тканей в процессе фотодинамического воздействия с применением фотосенсибилизаторов на основе хлорина E6: заявл. 12.12.2022: опубл. 09.11.2023 / К.Т. Эфендиев, П.М. Алексеева, К.Г. Линьков [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук".
Пресс-релиз подготовил: Эфендиев Канамат Темботович, м.н.с., к.ф.-м.н., Лаборатория лазерной биоспектроскопии ОСПЯ ЦЕНИ.
Рис. 1. Спектральные данные, регистрируемые в процессе фототераностики опухоли: (а) диффузно-рассеянный белый свет, диффузно-рассеянное лазерное излучение и флуоресценция Се6; (б) поглощение гемоглобина. (Источник: Efendiev K., Alekseeva P., Linkov K., Shiryaev A., Pisareva T., Gilyadova A., Reshetov I., Voitova A., Loschenov V. Tumor fluorescence and oxygenation monitoring during photodynamic therapy with chlorin e6 photosensitizer // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. – 2024. – Vol. 45. – Art. № 103969. DOI: 10.1016/j.pdpdt.2024.103969)