ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ ДИАГНОСТИКИ

    Предпосылки:

    В последние десятилетия во всем мире началось интенсивное изучение 5- аминолевуленовой кислоты (5-АЛК) как нетоксичного фотосенсибилизирующего агента. Первые данные о медицинском применении данного вещества появились в 1992г.

    5-АЛК является уникальным агентом по ряду причин:

    • Будучи химически чрезвычайно простым органическим соединением (см. рисунок ниже), 5-АЛК является одним из метаболитов в естественной метаболической цепочке превращений, имеющих место во всех живых тканях и зеленых растениях; 5-АЛК присутствует в клетках человеческого организма как промежуточный продукт эндогенного синтеза гема (небелковой части гемоглобина).

    Обоснование:


    • 5-АЛК сама по себе является не фотосенсибилизатором, а естественным метаболическим стимулятором синтеза эндогенных порфиринов в клетках организма, поскольку представляет собой первый метаболит в цепи синтеза гема и в свою очередь является в этом цикле предшественником фотоактивного соединения протопорфирин IX – известного флуорофора, способного флуоресцировать при поглощении света определенной длины волны.


    5-АЛК образуется в митохондриях клеток из глицина и сукцинилкоэнзима А при воздействии клеточного фермента 5-АЛК-синтетазы (реакция Шемина) [1] и вырабатывается в человеческом организме в общем среднесуточном количестве 0,2 г. Концентрация фермента 5-АЛК-синтетазы находится в прямой зависимости от концентрации конечного продукта цикла – гема, повышенный синтез которого ингибирует данный фермент по механизму отрицательной обратной связи и замедляет выработку 5-АЛК [2]. Именно поэтому уровень выработки 5-АЛК в организме всегда находится в зависимости от межклеточной концентрации гемоглобина, и колебания активности 5-АЛК-синтетазы незначительны. Все остальные ферменты, катализирующие химические реакции данного цикла, находятся в организме в избытке, поэтому уровень активности 5-АЛК-синтетазы определяет активность всего цикла синтеза протопорфирина IX и затем – гема. Добавление в организм экзогенной 5-АЛК нарушает контроль биосинтеза, что приводит к нарушению баланса, избыточной выработке протопорфирина IX и его накоплению в живых биологических тканях [2]. Выработка этого метаболита происходит в различных тканях с различной интенсивностью. Синтез протопорфирина IX усилен в воспаленных, патологически измененных и особенно опухолевых тканях. Селективность накопления протопорфирина IX в клетках при дисплазийных изменениях и малигнизации по сравнению с нормальными клетками достаточно высокая и связана с изменением активности ряда клеточных ферментов (возрастание активности фермента начального этапа синтеза гема порфобилиноген деаминазы и снижение активности феррохелатазы). Накопление протопорфирина IХ в опухолевых клетках происходит в течение нескольких часов и его относительно высокий уровень сохраняется до 1-2 суток, в то время как в здоровых неизмененных клетках протопорфирин IХ быстро, буквально в течение нескольких часов (см. следующий рисунок), утилизируется путем превращения его в фотонеактивный гем. При облучении тканей источником света выявляется характерное розовое флуоресцентное свечение тех участков, где имеет место избыточное накопление протопорфирина IX. Результатом повышенной избирательности накопления протопорфирина IX в различных биологических тканях является высокий флуоресцентный контраст патологической и окружающей здоровой ткани, достигающий 10-15-кратной величины для различных видов патологий, что является важным фактором для их выявления и визуализации.


    Раннее выявление дисплазийных изменений различной природы в живых тканях человека, в т.ч. злокачественных (т.наз. скрининг) [3], а также возможность надежной визуальной селекции патологически измененных и здоровых биотканей в процессе органосохраняющих хирургических операций [4, 5] являются актуальными проблемами современной медицины.

    Наиболее перспективным направлением для повышения эффективности ранней диагностики патологических изменений, включая скрытые формы предрака и раннего рака, в настоящее время является метод флуоресцентной диагностики (ФД) [6, 7], чувствительность которого, по данным многих исследований, превышает возможности других методов ранней диагностики и обычно составляет более 80%, а в ряде случаев достигает 97% и выше [8, 9], что очень важно для его использования, например, при скрининге. Метод ФД основан на избирательности накопления фотосенсибилизирующих агентов в биологических тканях с любыми дисплазийными изменениями и на возможности обнаружения таких изменений по характерной флуоресценции из области ткани, освещаемой специальными источниками света на определенных длиных волн поглощения света данными фотосенсибилизирующими агентами и их активации [10]. Сегодня в мире имеется ряд фотосенсибилизирующих агентов (фотосенсибилизаторов), обладающих повышенной тропностью к патологически измененным биотканям и способных избирательно поглощать свет определенной длины волны. Под воздействием света они переходят в возбужденное состояние и инициируют физико-химические процессы, сопровождающиеся слабым свечением – флуоресценцией.

    Существует 2 метода анализа флуоресцентного излучения, выходящего из биологических тканей:

    1. Состоит в визуализации панорамных флуоресцентных изображений больших участков поверхности биологической ткани, как правило с использованием т.наз. флуоресцентных эндоскопов, при освещении исследуемых участков активирующими источниками оптического излучения [6, 10].

    1. Заключается в точечных контактных измерениях спектров флуоресценции при освещении малого объема исследуемой ткани активирующим лазерным излучением. Данный подход получил название точечной или локальной спектрофотометрии [11, 12].


    Актуальность:


    • Возможность использования ФД с 5-АЛК в программах скрининга населения ввиду чрезвычайно высокой чувствительности данного метода к любым дисплазийным изменениям в живых тканях человека, а также низкой стоимости данной процедуры и данного фотосенсибилизирующего агента.

    • Возможность надежного выявления любых скрытых дисплазийных изменений при их различных локализациях в биотканях, а также визуализации невидимых границ различных патологий или визуально неразличимых тканей разной структуры, что делает возможным проведение более прицельной уточняющей биопсии из подозрительных участков.

    • Выявление невидимых патологических очагов и уточнение их границ при проведении ФД обусловливает более рациональное последующее удаление патологической ткани и эффективность выполнения органосохраняющего хирургического вмешательства без повреждения здоровой ткани.












    Преимущества метода ФД на основе 5-АЛК:


    • Высокая тропность 5-АЛК к патологически измененным тканям при местном применении и быстрое выведение продуктов метаболизма 5-АЛК из тканей и организма [13].

    • Высокая эффективность для уточнения границ основного и выявления дополнительных первичных патологических очагов, далее подтверждаемых цитологически [8, 9] (чувствительность метода в ряде случаев достигает порядка 97% и выше, в то время как диагностическая специфичность выявления патологий как правило составляет 60–70%).


    Процедура:


    В зависимости от локализации диагностируемой патологии, описаны местное и пероральное применение средств на основе 5-АЛК для флуоресцентной диагностики различных патологий – как злокачественных [14–17], так и предопухолевых [18, 19], без каких-либо существенных побочных эффектов. Данные средства обычно применяются за время от 30 минут до нескольких часов перед началом процедуры ФД, что требуется для достаточного накопления протопорфирина IX в патологической ткани и достижения ее максимального флуоресцентного контраста относительно здоровой ткани при облучении диагностируемого участка активирующим источником света в процессе процедуры. Местное применение 5-АЛК дает возможность надежно выявлять любые дисплазийные изменения биотканей и уточнять границы областей поверхности измененной ткани, полностью избегая кожной фототоксичности и иных побочных эффектов после процедур ФД. Но как было показано многими исследователями, пероральное применение 5-АЛК также приводит лишь к едва заметному и краткосрочному повышению концентраций её метаболитов в кровеносной системе человека [13].

    Как пример можно привести оперативное лечение щитовидной железы человека при ее различных патологических поражениях (аденоматозных, злокачественных), когда важно по возможности сохранить в целостности не вовлеченные в патологический процесс паращитовидные железы, поскольку они, как хорошо известно, регулируют содержание в организме кальция, чрезвычайно важного для опорно-двигательной и нервной системы человека. В экспериментальных и клинических исследованиях было отмечено повышенное накопление протопорфирина IX при пероральном применении 5-АЛК также в тканях паращитовидных желёз – как здоровых, так и паталогически измененных (в еще большей степени) [4, 5]. На этом основании был предложен и введен в клиническую практику метод интраоперационной визуализации паращитовидных желёз при использовании фотосенсибилизирующих агентов на основе 5-АЛК и источников света (см. фото).



    Использованная литература:


    1. Shemin D., Rittenberg D. The utilization of glycine for the synthesis of a porphyrin // J. Biol. Chem. 1945. v.159. p.567–568

    1. Ackerman G., Abels C., Baeumer W. et al. Photochem. Photobiol. B: Biol. 1998; 47: 121

    2. Григорович Н.А. Перспективы скрининга злокачественных новообразований в XXI веке. Минск, Медицинские новости, №11, 2002

    1. И.В. Слепцов, А.Н. Бубнов, Р.А. Черников, Ю.Н. Федотов, А.А. Семенов, И.К. Чинчук, В.А. Макарьин, А.А. Успенская, Ю.В. Карелина. Фотодинамическая визуализация околощитовидных желез – результаты клинического применения. Клиническая и экспериментальная тиреоидология. №1, 2009, т.5, с.35-40

    1. Prosst R.L., Willeke F., Schroeter L. et al. Fluorescence-guided minimally invasive parathyroidectomy: a novel detection technique for parathyroid glands // Surg. Endosc. 2006. v.20. 9. p.1488–1492

    2. Чиссов В.И., Соколов В.В., Булгакова Н.Н., Филоненко Е.В. Флюоресцентная эндоскопия, дермаскопия и спектрофотометрия в диагностике злокачественных опухолей основных локализаций, Российский биотерапевтический журнал № 4/том 2/2003. с.45–56

    3. Hirsch F.R., Franklin W.A., Gazdar A.F., Bunn P.A. Jr. Clin. Cancer Res. 2001; 7: 522

    4. Baumgartner R., Huber R.M., Schulz H. et al. Photochem. Photobiol. 1996; 36 (2): 169174

    1. Hoda M.R., Popken G. Surgical outcomes of fluorescence-guided laparoscopic partial nephrectomy using 5-aminolevulinic acid-induced protoporphyrin IX // Surg. Res. 2009. Vol. 154, 3 2. p.220–225

    1. Соколов В.В. и др. Флуоресцентная диагностика раннего центрального рака легкого. Пульмонология 2005; 1: 107–116

    1. Boulgakova N.N., Sokolov V.V. et al. In: World congress of the International photodynamic association. Miyazaki; 2003. 49

    2. Соколов В.В., Филоненко Е.В., Телегина Л.В. и др. Квант. электроника 2002; 11: 963969

    3. James T. Dalton, Charles R. Yates, Donghua Yin, et. al. Clinical Pharmacokinetics of 5- Aminolevulinic Acid in Healthy Volunteers and Patients at High Risk for Recurrent Bladder Cancer. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. Vol. 301, №2, p.507– 512

    1. Keiji Inoue, Hideo Fukuhara, Tsutomu Shimamoto, et. al. Comparison Between Intravesical and Oral Administration of 5-Aminolevulinic Acid in the Clinical Benefit of Photodynamic Diagnosis for Nonmuscle Invasive Bladder Cancer. Cancer (American Cancer Society) 2012;118: p.1062–1074

    1. D.Zaak, M.Kriegmair, H.Stepp, R.Baumgartner, et. al. Endoscopic Detection of Transitional Cell Carcinoma with 5-Aminolevulinic Acid: Results of 1012 Fluorescence Endoscopies. Urology 57 (4), 2001, p.690 –694

    1. О.И. Аполихин, И.В. Чернышев, А.В. Сивков, Д.В. Алтунин, К.К. Мельник, В.А. Комарова. Эффективность фотосенсибилизатора Аласенс для оценки радикальности операции по поводу рака почки. Экспериментальная и клиническая урология, №2, 2012, с.58–60

    1. R.L. Prosst, J. Gahlen. Fluorescence diagnosis of colorectal neoplasms: a review of clinical applications. Int. J. Colorectal. Dis. (2002) 17: p.1–10

    1. A.Sharwani, W.Jerjes, V.Salih, A.J.MacRobert, et. al. Fluorescence spectroscopy combined with 5-aminolevulinic acid-induced protoporphyrin IX fluorescence in detecting oral premalignancy. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 83 (2006) 27–33

    2. О.В. Чулкова, Е.Г. Новикова, В.В. Соколов, Е.А. Чулкова. Диагностика и лечение фоновых и предраковых заболеваний вульвы. Практическая Онкология т.7, № 4 – 2006, с.197–204

Copyright 2015 © Areal Ltd. All rights reserved