ACTA

U N I V E R SI T A T I S

LODZIENSIS

F O L IA B IO C H IM IC A E T B IO P H Y S IC A 14, 1999

Emilia Krajewska, M aria Bryszewska

TERAPIA FOTODYNAMICZNA

A rtykuł stanow i przegląd podstaw fizycznych terapii lbtodynam icznej now otw orów o ra z podstaw ow ych fotouczulaczy stosow anych w tej terapii.

R E A K C JE F O T O S E N S Y B IL IZ A C JI

Pojęcie „terap ia fotodynam iczna” (PD T - ang. photodynam ic therapy) w prow adził von T appeiner, który zastosow ał zjaw isko fotosensybilizacji do leczenia now otw orów skóry. Używał on 5% barw nika eozynow ego, którym k ilk ak ro tn ie w ciągu dw óch miesięcy sm arow ał zaatakow ane m iejsca i wy­ staw iał na działanie prom ieniow ania słonecznego lub naśw ietlał lam pam i. R ezultatem była regresja now otw oru [1]. Później okazało się, że zarów no b arw nik eozynow y, ja k i oranż akrydynow y są zw iązkam i toksycznym i i rakotw órczym i i nie używ ano już ich więcej w PD T . Fotosensybilizacją (światłouwrażliwieniem) nazywamy zdolność pochłaniania energii prom ieniow ania świetlnego i przekazyw ania jej innym substancjom biorącym udział w reakcji świetlnej. F otouczulacz, znajdujący się w stanie podstaw ow ym , służy ja k o chrom ofor. W wyniku absorpcji św iatła sensybilizator ulega w zbudzeniu do wyższego poziom u energetycznego. W zbu­ dzona cząsteczka fotosensybilizatora może reagować bezpośrednio z substratem lub z innym i cząsteczkam i (najczęściej z tlenem ), znajdującym i się w m ie­ szaninie reakcyjnej, dając produkty m ogące ponownie reagow ać z substratam i. T ak więc proces fotosensybilizacji inicjow any jest przez św iatło, lecz dalsze etapy reakcji zachodzą ju ż w ciemności. N ieaktyw na cząsteczka fotouczulaćza znajduje się w stanie singletow ym , °S, w którym nie p osiada niesparow anych spinów elektronow ych. A bsorpcja fo to n ó w (hv) pow oduje przejście elektronu na wyższy orbital m olekularny bez zm iany jego spinu. Pierwszy stan w zbudzony jest rów nież stanem singletowym , 1S. Jed n ak niewiele reakcji fotosensybilizacji przebiega za

pośrednictw em tego stanu z pow odu jego krótkiego czasu życia (1-100 ns). W zbudzony stan singletowy m oże przechodzić do stan u podstaw ow ego em itując ciepło lub kw ant św iatła (fluorescencja). W przypadku efektyw nego fotosensybilizatora zachodzi szybka inwersja spinu w ysokoenergetycznego elektronu, czego efektem jest m etastały stan trypletow y, 3S, który po siad a d w a niesparow ane elektrony i dłuższy czas życia (1-1000 /is). Podczas swojego życia wzbudzony sensybilizator w stanie trypletowym m oże doznaw ać wielu zderzeń z innym i cząsteczkam i i w rezultacie pośredniczyć w reakcjach fotosensybilizacji. Procesy te m ożna przedstaw ić następująco: (hv) °S —» *S —*■3S —> reakcje fotosensybilizacji.

Reakcje fotodynamiczne W większości reakcji fotosensybilizacji fotouczulacz w stanie trypletow ym w raca ostatecznie do stanu podstaw ow ego i m oże absorbow ać kolejny fo to n . W kilku przypadkach sensybilizator jest zużywany stechiom etrycznie w reakcji. W iele reakcji fotosensybilizacji przebiega z udziałem tlenu, nazyw ane są wtedy fotodynam icznym i. R eakcje z tlenem m o g ą przebiegać d w o m a drogam i; m ów im y wtedy o reakcjach typu I i typu II. R eakcje typu I W reakcjach tego typu w zbudzony sensybilizator znajdujący się w stanie trypletow ym reaguje n a p o czątku z cząsteczkam i ze swojego bezpośredniego sąsiedztw a poprzez transfer elektronów lub protonów . W rezultacie pow staje sem izredukow any sensybilizator, S - lub SH ' i sem iutleniony su b strat. Te wolne rodniki są reaktywne chemicznie. W większości przypadków pow stający w olnorodnikow y substrat reaguje z tlenem , dając utlenione p ro d u k ty różnego typu (np. nadtlenki), k tóre później m ogą reagow ać inicjując w olnorodnikow y proces autooksydacji. Sem izredukowany sensybilizator m oże reagować z tlenem w stanie podstaw ow ym , 30 2. W raca wtedy do stanu podstaw ow ego i generuje an io n o ro d n ik ponadtlenkow y: S " + 3O 2 ^

0S + O 2 ",

k tó ry w tórnie m oże reagow ać z biom olekułam i lub ulegać dysm utacji, dając H 20 2. Dalsze reakcje katalizow ane są przez enzym, dysm utazę ponadtlenkow ą (SO D ). A n io n o ro d n ik ponadtlenkow y m oże rów nież pow staw ać, choć jest to reakcja m ało w ydajna, w wyniku transferu elektronu ze w zbudzonego sensybilizatora, znajdującego się w stanie trypletow ym , n a tlen: 3S + 30 2 —►S + + 0 2

Powstający sem iutleniony sensybilizator m oże reagow ać ze zredukow anym su b stratem , dając sensybilizator w stanie podstaw ow ym i sem iutleniony su b strat, m ogący uczestniczyć w dalszych reakcjach. R eakcje typu I przew ażają przy wysokim stężeniu su b stratu i niskim stężeniu tlenu, poniew aż tlen współzaw odniczy z substratem o sensybilizator. R ów nież po w stan ie połączonych niekow alencyjnic kom pleksów su b stra t - sensybilizator przed naświetleniem podnosi praw dopodobieństw o zachodzenia reakcji typu I. R eakcje typu II W reakcjach tych uczestniczy sensybilizator znajdujący się w stanie trypletow ym , k tó ry wchodzi, poprzez transfer energii, w interakcję z tlenem znajdującym się w stanic podstaw ow ym . Sensybilizator pow raca wtedy d o stanu podstaw ow ego, zaś tlen przechodzi do w zbudzonego stanu singletow ego, 'O j: 3s + 2o2 — ° s + 1o 2. Poniew aż o b a składniki, sensybilizator i tlen w stanie podstaw ow ym , są trypletam i, ich interakcja nie w ym aga zm iany spinu elektronu i przez to jest skuteczna. Tlen m oże istnieć w dwóch wzbudzonych stanach singletowych; fo rm a dłużej żyjąca, 1Afl z nadw yżką energii 23 k cal/m ol jest fo rm ą podstaw ow ą, biorącą udział w reakcjach fotodynam icznych. Jego czas życia w wodzie wynosi 4 //s. Jednakże w obecności cząsteczek biologicznych, z którym i m oże reagow ać, czas ten znacznie się skraca. R eakcja tlenu singletowego z kom ponentam i organicznym i nie jest już spinow o zabroniona, ja k m a to miejsce w przypadku tlenu w stanie podstaw ow ym . C o więcej, tlen singletowy jest bardziej elektrofilow y niż 30 2 i m oże reagow ać szybciej z bogatym i w elektrony wielom a biom olekułam i, dając utlenione pochodne. M ożliw e są następujące reakcje: 1) addycja * 0 2 d o w ęglow odorów etylenow ych z allelicznymi atom am i w o d o ru (tak ja k np. nienasycone kwasy tłuszczow e i cholesterol), czego efektem są hydroksynadtlenki; 2) addycja * 0 2 d o system u dienów w zw iązkach heterocyklicznych (jak np. histydyna), co daje endonadtlenki; 3) reakcja ł 0 2 z organicznym i siarczanam i (np. m etionina) i pow staw anie sulfotlenków .

Anaerobowe reakcje fotosensybilizacji Istnieją związki, k tóre in d u k u ją przekształcanie biom olekuł n a skutek reakcji fotosensybilizacji pod nieobecność tlenu. N ajw ażniejszą g ru p ą takich

sensybilizatorów są psoraleny, atakujące kwasy nukleinowe. Innym i związkami są ketony, ja k np. aceton, którego wzbudzenie do stanu trypletow ego m ożna generow ać światłem w zakresie 300-360 nm. W ciemności ketony m o g ą być przekształcane do stanu trypletowego za pośrednictwem pewnych enzymów na drodze reakcji oksydacji lub w wyniku dekom pozycji nadtlenków lipidowych. E nergia stanów trypletow ych wielu ketonów jest wyższa niż energia w iązań pomiędzy zasadam i DN A ; w rezultacie może następować jego uszkodzenie (np. na skutek form ow ania pirymidynowych dimerów o strukturze cyklobutanu) [2],

Fotosensybili zatory

W 1913 ro k u zaobserw ow ano selektyw ne grom adzenie w tk a n k a c h now otw orow ych porfiryn, w tym pochodnych hem atoporfirynow ych (H P D - haematoporphyrin derivative) i zaczęto ich używać ja k o sensybilizatorów [3]. H P D jest m ieszaniną zaw ierającą h em ato p o rfiry n y i p ro d u k ty ich dehydratacji oraz dim ery i wyższe oligom ery porfiryn połączone w iązaniam i estrow ym i. O prócz H P D wymienić należy F o to frin II, fotosan oraz p ro to porfirynę IX. F o to frin II i fotosan są oczyszczonymi p rep aratam i aktyw nej frakcji H P D ; preparaty kom ercyjne (85% czystości) zaw ierają protoporfirynę IX (PP), hydroksyetylo-w inylo-deutero-porfirynę IX (IIV D ) i zanieczyszczenia w postaci wysoce zagregow anych kom ponentów [4, 5]. B adania w skazują, że fotosensybilizacja za pośrednictw em porfiryn zachodzi w edług reakcji typu II (generow any jest tlen singletowy) [6, 7], N iestety, główne pasm o absorpcji H P D przypada na długość fali ok. 400 nm (rys. 1). Światło czerw one (630 nm), używ ane w fototerapii z pow odu w zrastającej przenikalności tkanek wraz ze wzrostem długości fali, jest przez nie słabo pochłaniane. P o n a d to skóra pacjenta staje się bardzo w rażliw a n a św iatło (na skutek pow olnego uw alniania H P D ) [2], R ozpoczęto poszukiw ania alternatyw nych sensybilizatorów w fo to terap ii nowotworów . Zwrócono wtedy uwagę na ftalocyjaniny (Pc), wcześniej stosow a­ ne jak o katalizatory, barwniki i pigmenty [9]. M etaloftalocyjaniny są związkami porfirynopodobnym i, trwałymi i łatwymi do zsyntetyzowania. Silnie pochłaniają światło czerwone z zakresu 600-700 nm; dla X = 680 nm e ~ 2 x 105 m 2 m ol - 1 (H P D : £ = 1200, 1 = 624 nm). Używając ftalocyjanin uzyskano do d atk o w e przesunięcie ku czerwieni, um ożliwiające lepszą penetrację tkanek: o 20% głębiej dla skóry i 50% dla tkanki m ózgowej dorosłego człow ieka. N a przykład: po naśw ietleniu tkanek prom ieniow aniem o długości fali 630 nm św iatło dociera n a głębokość od 1 do 3 m m . Jeżeli jed n ak użyjemy św iatła z zakresu 700-850 nm , to w niknie ono n a głębokość 6 m m [10] (rys. 2).

Długość fali (nm) Rys. 1. Przykładow e w idm o absorpcyjne p orfiryn [8]

Długość fali (nm)

Dtugość fali (nm) R ys. 2. T ran sm isja optyczna skóry n a głębokości (a) 0,05 m m i (b) 2,0 m m [11]

F o to sen sybilizacja przy udziale Pc jest procesem fo to dynam icznym , w którym niezbędna jest obecność tlenu m olekularnego, lecz w zależności od polarności środow iska reakcje typu I i II m ogą zachodzić rów nocześnie, zaś w przypadku pochodnych alum iniow ych i cynkowych m am y do czynienia tylko z reakcjam i typu I [12]. Stw ierdzono, że atom centralny jest krytyczny dla właściwości fotod y nam icznych ftalocyjanin. Pc zaw ierające m etale ch arak tery zu jące się właściwościami diam agnetycznym i, takie ja k alum inium lub cynk, są aktyw ne fotobiologicznie. B rak takiej aktyw ności obserw uje się w p rzypadku m etali param agnetycznych, ja k żelazo, kobalt, nikiel. Podstaw niki lokujące się przy peryferycznych pierścieniach benzenow ych wpływają n a rozpuszczalność ftalocyjanin [13]. Zm ienia się przez to pow inowactwo barw nika do biom olekuł w ystępujących w kom órce. L okalizacja barw nika w kom órce będzie decy­ d o w ała o jego fototoksyczności. B arw niki ftalocyjaninow e zaliczane są do fotosensybilizatorów drugiej generacji. O prócz nich należy wymienić: chlorofile i ich pochodne, takie jak: te tra (m -hydroksyfenylo) chlorofil i jego analog - bakteriochlorofil, m o n o -L -asp artylo chlorofil e6 (NPe6) [14-16]; zm odyfikow ane porfiryny, tak ie jak: sulfonow ane tetrafenyloporfiryny (T P P S J [17, 18], te tra (m -hydroksyfenylo) porfiryny (m -T H PP), uroporfiryny [19], psoralen i jego pochodne, błękit m etylenow y [16] i wiele innych. O statnio w ykazano, że podaw anie kw asu 5-am inolew ulinow ego (5-A LA ), p rek u rso ra w szlaku biosyntezy hem u, pow oduje zw iększoną syntezę i g ro ­ m adzenie porfiryn (w szczególności protoporfiryny IX ) w niektórych k o m ó r­ k ac h /tk a n k ach norm alnych i now otw orow ych, co pozw ala, po naśw ietleniu, n a zainicjowanie reakcji fotosensybilizacji [20-22]. Biosynteza hem u rozpoczyna się powstaniem kwasu 5-aminolewulinowego z glicyny i bursztynylo koenzym u A. O statnim jej etapem jest in k orporacja żelaza d o p ro to p o rfiry n y IX , co m a m iejsce w m itochondriach. K w as 5-am inolew ulinow y zastosow ali po raz pierwszy w 1990 r. K e n ­ n e d y i wsp. A L A m oże być stosow any m iejscow o lub ustrojow o do leczenia now otw orów skóry i innych, ja k np. rak podstaw nokom órkow y sk óry i rak gruczołowy żołądkow o-jelitow y [23-25], Jest rów nież skuteczny w diagnostyce now otw orów skóry, pęcherza, przew odu pokarm ow ego i płuc [26], A L A jest związkiem hydrofitow ym i niełatw o penetruje skórę i błony biologiczne. Jeżeli A L A jest stosow any m iejscowo w leczeniu now otw orów skóry, swoje działanie zawdzięcza zwiększonej przepuszczalności zm ienionej tk an k i. T rw ają b adania nad lipofilnym i pochodnym i estrów kw asu 5-A LA , łatw iej i głębiej w nikających w tkank i. P och o d n e tak ie są co p ra w d a nieaktyw ne fotodynam icznie, lecz esterazy znajdujące się w k o m ó rk ach m o g ą odcinać cząsteczkę kw asu od części estrowej [27], N a rysunku 3 przedstaw iono w zory chem iczne niektórych fotouczulaczy.

Trimer porfirynowy

m-THPC

m-THPP

AIPcSn

CH

CH2-CH3

Psoralen

5-ALA

MBD

PPIX

R ys. 3. W zory chem iczne niektórych fotosensybilizatorów

ch3

T rim er porfirynow y jest głównym aktyw nym składnikiem F o to frin u . R , i R 2 to albo g ru p a h y d ro k sy e ty lo w a [C H (O H )C H 3], a lb o w inylow a (C H = C H 2); M e - to grupa m etylow a (C H 3); PH - grupa kw asu propionow ego [(C H 2)2CO O H ]; A1PcS„ - ftalocyjanina alum iniow a z n grupam i sulfonow ym i; R jest podstaw iane przez grupę sulfonow ą ( S 0 3) lub w odór (II); m -T H P P , to 5,10,15,2 0 -te tra (m -h y d ro k sy fe n y lo )p o rfin a , m -T H P C - 5,10,15,20-tetra(m -hydroksyfenylo) chlorofil; M B D - p o ch o d n a błękitu m etylenow ego (m ethylene blue derivative); 5-A LA , to kwas 5-am inolew ulinowy; PPIX , to p ro to p o rfiry n a IX , Vi - g ru p a w inylow a (C H = C H 2), PH - g ru p a kw asu p ro p io n o w e g o [(C H 2) 2CO O H ],

Czynniki wpływające na fotoaktywność sensybilizatorów N ależy podkreślić, że stopień uszkodzenia zależy od lokalizacji barw nika w kom órce i przedziałach m iędzykom órkow ych. M aksym alne działanie uzyski­ wane jest wtedy, gdy barwnik znajduje się możliwie blisko swojego celu. Jest to spowodowane niewielkimi odległościami, jakie m ogą przebyć aktywne produkty fotow zbudzenia podczas swojego czasu życia (mniej niż 0,1 fim w m ateriale biologicznym ) [6, 28]. Lokalizacja barw nika w kom óce jest uzależniona od wielu czynników, włączając w to jego właściwości fizykochemiczne, charaktery­ stykę otaczającego go środowiska, nośnika, czasu inkubacji [29], B ardzo ważną właściw ością sensybilizatorów jest ich rozpuszczalność. W p rzy p adku porfiryn kluczow e znaczenie m ają boczne łańcuchy ja k o podstaw niki przy pierścieniu tetrapirolow ym pow odujące, że zw iązki te m o g ą być cząsteczkam i albo bardzo lipofilowymi, ja k np. PP i fotoaktyw ne w obec m olekuł o właściwościach hydrofobow ych lub zasocjow anych z błoną, albo bardzo hydrofilow ym i, ja k uroporfiryny, których działanie jest bardziej skuteczne wobec kom ponentów rozpuszczalnych w wodzie z enzym am i cytoplazm atycznym i włącznie [7, 29]. Poniew aż czas życia 0 2 CAg) w ro z­ puszczalnikach organicznych i m icelach (20-25 fis) jest znacznie dłuższy niż w wodzie (3-4 fis) [6, 30], fotouszkodzenia zachodzące za pośrednictw em tlen u singletowego będą większe, jeśli porfiryny i cząsteczki - tarcze są zlokalizow ane w regionach hydrofobow ych [7]. W p rzypadku barw ników ftalocyjaninow ych zwiększenie ich hydrofilow ości będzie się w iązało z przy­ łączeniem d o pierścieni benzenow ych reszt kw asu siarkow ego. R o zm iar uszkodzeń jest też silnie determ inow any przez stopień agregacji sensybilizatora; tylko form y m onom eryczne są aktyw ne fotodynam icznie. A gregaty w ykazują niską w ydajność form ow ania tlenu singletowego.

Dystrybucja fotoscnsybilizatorów w komórce

l O z, pow stały na skutek wzbudzenia fotosensybilizatora przez św iatło, natychm iast wchodzi w reakcję z przypadkowym i biom olekułam i znajdującym i się w jego bezpośrednim sąsiedztw ie (są to najczęściej k om ponenty błonow e [31]), chociaż istnieją doniesienia o jego zdolności penetracji m em bran biologicznych [6], Stw ierdzono jednak, że jeżeli J0 2 generow any jest na zew nątrz kom órki (jak m a to miejsce w przypadku uroporfiryn lub przy­ łączonych d o białek hem atoporfiryn), to proces fotodestrukcji nie jest tak skuteczny jak w przypadku * 0 2 generow anego w ew nątrz kom órki. C o więcej, w ydajność kw antow a dla procesu inaktywacji kom órek przez F o to frin i inne lipofilne barw niki była 10-krotnie wyższa niż przez niektóre barw niki hydrofilow e [32]. Poniew aż wszystkie te sensybilizatory ch arak tery zu ją się p o d o b n ą w ydajnością tw orzenia l0 2 [33], dane te w skazują n a istotne znaczenie dystrybucji barw nika w kom órce. H em ato p o rfiry n y i F o to frin zą zw iązkam i lipofilnym i i grom adzą się głównie w m ito ch o ndriach, retikulum endoplazm atycznym , błonach plazm atycznych oraz, in vitro, w obszarze perijądrow ym cytoplazm y. W niższych stężeniach m ogą również wnikać do lizosomów i jąd ra [34, 35]. Po naświetleniu stw ierdzono, że głównym m iejscem ataku jest układ błonow y ko m ó rk i [35]. F ta lo cy jan in y AlPcS„, b adane za po m o cą m ik ro sk o p ii fluorescencyjnej, lokują się w kom órce w zależności od swojej polarności: bardziej polarne A IPcSj i A1PcS4 dają tylko punktow ą fluorescencję w cytoplazm ie. R ozkład tych barw ników po dobny jest do rozm ieszczenia oran żu akrydynow ego (A O ) w tych sam ych kom órkach, co wskazuje, że lokalizują się one głównie w lizosom ach. G dy badano mniej polarne A lPcSj i A1PcS2, otrzym ano bardziej zróżnicow any w zór subkom órkow ej lokalizacji barw nika [36], co może być spowodowane ich amfipatycznymi właściwościami [37], Ftalocyjaniny te okazały się jed n ak bardziej skuteczne, niż A1PcS3 i A1PcS4, jeśli chodzi 0 fo todestrukcję kom órek. W skazuje to, że inaktyw acja kom órek przez P D T jest o wiele skuteczniejsza, jeżeli pow odow ana jest przez barw niki lokujące się w błonach, a nie w lizosom ach. Stw ierdzono też, że A1P cS 2 są bardziej skuteczne w fotodestrukcji kom órki niż A lP cS 1; m im o że barw niki m o n o sulfonow ane są bardziej hydrofobow e niż dw usulfonow ane. Tłum aczy się to większą m ożliw ością agregacji A lP cS ^ W łaściwa tarcza ataku indukow anej przez ftalocyjaniny P D T nie jest jeszcze do końca znana, choć często obserwuje się uszkodzenia m itochondriów [37], Użycie transm isyjnego m ikroskopu elektronow ego pozw oliło stwierdzić, że A1P cS2 i A lPcSi pow odują uszkodzenia układu błonow ego kom órki, ja k np. częściową u tratę błony cytoplazm atycznej, pęcznienie m itochondriów 1 zniszczenie retikulum endoplazm atycznego. Dzięki użyciu elektronow ego

m ik ro sk o p u skaningow ego stw ierdzono w błonach plazm atycznych kom órek inkubow anych z A1P cS2 i A lP cS ^ oprócz zniknięcia m ikrorzęsek, pojaw ienie się licznych dziur, przez które następow ał wyciek cytozolu i innych składników kom órkow ych d o środow iska zew nętrznego. M oże to być spow odow ane sieciowaniem białek błonow ych [38]. A1P cS4 i A1P cS3 p o w odują zaś p o ­ wstaw anie dużych „bąbli” na powierzchni błony kom órkow ej, k tó ra w końcu pęka. T ak więc A lPcSn w różny sposób działają na błonę ko m ó rk o w ą k o m órki, lecz żadna z nich nie pow oduje uszkodzeń jąd ra. Z aró w n o błony biologiczne, ja k i biocząsteczki m ogą być m odyfikow ane przez ftalocyjaniny. Fotosensybilizacja przez ftalocyjaniny cynkow e prow adzi d o utlenienia niektórych am inokw asów , takich jak: cysteina, histydyna, m etionina, tryptofan i tyrozyna, jak i również uszkodzeń niektórych enzymów, ja k np. lizozym u [39]. Innym efektem jest pojaw ienie się w iązań krzyżow ych pom iędzy białkam i błonowym i. P onadto w roztw orach w odnych sulfonow ane poch o d n e ftalocyjanin pow odują utlenianie cholesterolu d o pochodnych 5a-h y d ro k sy n ad tlen k o w y ch (5a-O O H ), będących specyficznym p ro d u k tem reakcji z 10 2 [40]. A1PcS4 pow odują rów nież peroksydację lipidów błon ery trocytarnych [41]. W szystkie chem iczne m odyfikacje m ogą prow adzić do zm iany przepuszczalności błony, zm niejszenia jej płynności, inhibicji bądź inaktyw acji enzym ów błonow ych lub receptorów , a w konsekw encji - do lizy kom órki. Pc m ogą rów nież pow odow ać niszczenie ją d ra kom órkow ego, lecz nie w wyniku przyłączania się do chromatyny, lecz do błony jądrow ej [42],

Lokalizacja sensybilizatorów w tkankach nowotworowych Pom im o wielu lat intensywnych badań, m echanizm tran sp o rtu i lokalizacji sensybilizatorów w kom órkach tk an ek now otw orow ych nie został do k o ń ca p o zn an y . G uzy now otw orow e zaw ierają, op ró cz k o m ó rek zm ienionych now otw orow o, własny układ naczyniow y (stanow iący ok. 10% tkanki) i tk an k ę śródm iąższow ą (zdrow e tkanki rów nież zaw ierają śródm iąższ, lecz w guzach jest go zwykle znacznie więcej). D o ko m ó rek now otw orow ych m o g ą się d o stać jedynie te cząsteczki, które są niesione przez krew. U kład naczyniow y pow staje na bazie układu gospodarza, lecz jego organizacja i tem po w zrostu, w zależności od rodzaju guza, m oże być zupełnie odm ienna. B ad an ia m orfologiczne naczyń now otw orow ych ludzi i zw ierząt ujaw niły występow anie szerokich połączeń, okienek i kanałów pom iędzy śródbłonkiem , pow stałych n a skutek brak u ciągłości lub niew ystępow ania błony podstaw nej śró d b ło n k a. P o n ad to układ naczyniowy charakteryzuje się nierów nom iernym rozgałęzieniem i kom órki znajdujące się w głębszych w arstw ach guza nie m ają z nim k o n ta k tu (kom órki rakow e z obszarów pozbaw ionych krążenia

m o g ą na pierwszy rzut o k a okazać się m artw e, ale często ożyw ają z chw ilą, gdy d o trą do nich substancje odżywcze) [43, 44]. T ak a budow a m orfologiczna m oże oznaczać, że przepuszczalność kom órek now otw orow ych jest inna niż tk an ek praw idłow ych; substancje d ostarczane z zew nątrz (w tym rów nież leki) m ają więc u trudniony dostęp do kom órek guza. T k a n k a śródm iąższow a składa się z różnych kom ponentów : m akrocząsteczek (glikozoam inoglikany, glikoproteiny, węglow odany, lipidy i w oda), włókien (kolagen) i norm alnych ko m ó rek g o spodarza (fibroblasty, m akrofagi, m astocyty itp.) [45], Stw ierdzono, że p i l wielu kom órek now otw orow ych jest niższe niż ko m ó rek norm alnych [46, 47], G łów ną różnicą pom iędzy guzam i litymi a otaczającym i je norm alnym i kom órkam i jest ich zapotrzebow anie na składniki odżywcze. R ów nież ilość tlenu jest raczej niedostateczna. Spalanie glukozy zachodzi więc częściowo na drodze anaerobow ej, w w yniku czego pow staje kwas m lekow y. N a d m iar kw asu pow stającego w ew nątrz kom órki jest tran sp o rto w an y do środow iska zew nętrznego. pH cytozolu kom órek now otw orow ych m oże się różnić naw et o połow ę jednostki. Jest to istotny czynnik przyczyniający się do obserw ow anej preferencyjnej akum ulacji fotouczulaczy w now otw orach. Z najdując się już w ew nątrz kom órki, w p il ok. 6,9, obojętny d o tej pory sensybilizator zyskuje jeden bądź dw a ładunki; z takim „b agażem ” nie m oże już przejść przez błonę. C o raz większa liczba danych wskazuje n a to, że n a zdolność przenikania d o kom órek now otw orow ych m ają wpływ chem iczne właściwości cząsteczki tran sp o rto w an ej, a w szczególności zdolność przyłączania się d o białek osocza [48,49]. Sugeruje się, że barw niki hydrofilow e tran sp o rto w an e są głównie przez album iny i globuliny i lokują się w zrębie naczyń krw ionośnych guza. Bardziej hydrofobow e barw niki przyłączają się do lipoprotein i w ten sposób w nikają do kom órek now otw orow ych [50]. Stw ierdzono, że ilość barw n ik a w k o m ó rk ach zwiększa się, jeżeli był on wcześniej inkubow any z L D L lub liposom am i. S pośród barw ników w nikających d o w nętrza ko m ó rk i należy wymienić A lP cS 1; A1P cS2, F o to frin , m - I H P C i m -T H P P . Najw iększe stężenia obserw ow ano po 24 godz. od iniekcji. Sposób rozm iesz­ czenia w kom órce jest uzależniony od ilości podanego barw nika i od rodzaju guza [51]. Tabela 1 przedstawia lokalizację fotouczulaczy w kom órkach i tk an k ach now otw orow ych.

M E C H A N IZ M Y N IS Z C Z E N IA N O W O T W O R Ó W

B iorąc pod uwagę dane dotyczące lokalizacji fotosensybilizatorów w guzie no w otw orow ym i m iejsca akcji fotodynam icznej, z a p ro p o n o w a n o dw a m echanizm y destrukcji now otw orów przez P D I : 1) pośredni, gdzie w ynikiem

zniszczenia układu naczyniow ego now otw oru (śródbłonka lub innych k o m ­ p onentów ściany naczynia) jest h ip o k sja1 (i/lub an o k sja2), co w efekcie pro w ad zi d o śm ierci k o m ó rek now otw orow ych; 2) bezpośredni, kiedy ko m ó rk i now otw orow e są niszczone n a skutek bezpośredniej akcji fotodynam icznej (uszkodzenia m itochondriów lub kom órkow ego system u bło ­ nowego). M echanizm destrukcji kom órki jest uzależniony od takich czynników, jak : właściwości chem iczne barw nika (hydrofilow ość, k tó ra determ inuje sposób tran sp o rtu i rozmieszczenie w kom órce), stężenie tlenu w tkance o raz czas od zaaplikow ania do w zbudzenia barw nika przez św iatło [52, 53],

Pośredni mechanizm fotodestrukcji Początkow o uw ażano, że terapia fotodynam iczna now otw orów zawdzięcza sw oją efektyw ność selektywnej lokalizacji barw nika w kom ó rk ach no w o ­ tw orow ych i bezpośredniem u ich niszczeniu przez 10 2 pow stający n a skutek fotoaktyw acji sensybilizatora. Jednak ostatnie prace sugerują, że w większości przy p ad k ó w uszkodzenie kom órek now otw orow ych jest pow odow ane nisz­ czeniem układu naczyniow ego guza, co indukuje hipoksję/anoksję kom órek, a w końcu - nekrozę [54]. R eakcja ta zachodzi wtedy, gdy naśw ietlanie tk a n e k pro w adzi się k ró tk o po p o d an iu b arw n ik a i p o w o d u je zw ęże­ nie/rozszerzenie naczyń krw ionośnych, agregację erytrocytów i płytek krwi, wreszcie zatrzym anie k rą żen ia [55], D o d a tk o w o P D T m oże in d u k o w ać odpow iedź im m unologiczną, co objaw ia się pow staw aniem endogennych w azoaktyw nych m ediatorów . N a skutek uszkodzenia kom órek endotelialnych uw alniane są czynniki krzepnięcia krwi [56, 57], ja k n a przykład czynnik von W illeb ran d a (vW F), k tó ry pośredniczy w adhezji płytek d o ścian naczyń [58], zakrzepicy [59] i uszkodzeniach naczyń krw ionośnych [60]. U szkodzenia błon lipidow ych prow adzą do aktyw acji fosfolipazy A 2 k a ta ­ lizującej uw alnianie kw asu arachidonow ego z fosfolipidów błonow ych [61]. N a skutek działania cyklooksygenazy n a kwas arachidonow y m ogą pow staw ać p ro staglandyny, zaś z endoperoksynadtlenków prostaglandyn - rozszerzające naczynia tro m boksany A 2 [62], P D T pow oduje degranulację m astocytów 1 uw alnianie m ediatorów takich ja k histam ina, p ro staglandyna D 2 i czynnik aktyw ujący płytki krwi [63], co zachodzi w dw óch fazach: wczesnej (do 2 godz.) i późnej (od 2 do 24 godz.). O pisane zm iany obserw uje się zarów no d la fotouczulaczy o właściwościach hydrofilow ych (A1P cS4) ja k i hydrofobow ych (F otofrin, m -T H P C i m -T H P P ). 1 N ieznaczne niedotlenienie tkanek. 1 N ie d o b ó r tlenu w tk an k ach uniem ożliw iający procesy życiowe kom ó rek .

M echanizm y prow adzące d o opisanych zm ian patofizjologicznych nie są d o koń ca znane. A utorzy w swych doniesieniach są jed n ak zgodni, że po czątk o w e zm iany zachodzą głów nie w obrębie śró d b ło n k a [19, 55], S tw ierd zo n o n a p rzy k ład , że p o ch o d n e h e m a to p o rfiry n o ra z F o to frin lokalizują się głównie w okół naczyń krw ionośnych [64], Jest to zgodne z doniesieniam i o dużym pow inow actw ie niektórych porfiryn do kolagenu, elastyny i fibryny [65] oraz A1P cS4 i F o to frin u do m iejsc w ystępow ania białek kolagenow ych [22]; białka te i inne elem enty łączące tk an k i są pierwszym obiektem ataku [66], D o regresji guza m oże przyczyniać się rów nież odpow iedź im m unologiczna, a w szczególności uw alnianie przez m ak ro fag i czynnika m artw icy now otw orów (T N F). U żyw ając ja k o układu m odelow ego tk an ek m yszy stw ierdzono, że jednoczesne podanie zrekom binow anego ludzkiego T N F i F o to frin u nasila skuteczność P D T [67], Co więcej, fo to terap ia now otw orów m oże prow adzić do m iejscowych reakcji im m unologicznych, m anifestujących się dużą ilością kom órek zapalnych: lim focytów , ko m ó rek plazm atycznych i m akrofagów [68],

Bezpośredni mechanizm fotodestrukcji U szkodzenia układu naczyniow ego (włączając bezpośrednie zniszczenie ko m ó rek śró d b ło n k a) nie zawsze jest bezpośrednią przyczyną zniszczenia n o w otw oru. W czesne dośw iadczenia wykazały, że pochodne h em ato p o rfirynow e preferencyjnie akum ulują się w tk an k ac h now otw orow ych zwie­ rząt oraz człow ieka i pow odują ich nekrozę [69], O dpow iedź bezpośred­ nia zachodzi wtedy, gdy czas od iniekcji barw nika do naśw ietlenia jest dostatecznie długi i jeżeli użyte zostaną specjalne nośniki, np. L D L lub liposom y, ułatw iające wniknięcie barw nika do kom órki [70], W ykazano inaktyw ację wielu istotnych dla życia kom órki enzym ów , takich ja k np. enzym y m ito ch o n d rialne i transbłonow e (A 1 P aza i oksydaza cytochrom u c) [71, 72, 73]. N astępuje rów nież zauw ażalny spadek poziom u A T P , ja k o bezpośrednia odpow iedź tkanki now otw orow ej n a PD T , k tó ry jest n ajp ra w d o p o d o b n iej spow odow any zachw ianiem funkcji m ito c h o n d rió w [74]. D ziałanie fotosensybilizatorów jest uzależnione od lokalizacji b arw ­ nik a w kom órce i od typu kom orek now otw orow ych. Co więcej, o b a m echanizm y destru k cji now otw orów , pośredni i bezpośredni, zach o d zą gdy barw nik jest um iejscowiony w ew nątrz- i zew nątrzkom órkow o. W nie­ któ ry ch p rzypadkach, gdy naśw ietlanie prow adzi się 4 godz. po po d an iu barw nika, zachodzi właśnie ten typ fotodestrukcji [60], bowiem w tych w aru n k ach barw nik lokalizuje się jednocześnie n a zew nątrz i w ew nątrz kom órki.

W ostatn ich doniesieniach dow iedziono, że we wczesnych etapach P D T in d u k o w an a jest ap o p to za kom órek oraz stw ierdzono udział jonów w apnia w aktyw acji tego procesu [75, 76], P ozostało je d n a k jeszcze wiele nie wyjaśnionych kwestii, takich ja k relacja pom iędzy ap o p to zą a obserw ow aną przy P D T cytotoksycznością, sposób w yzw alania apoptozy o raz pośrednie i bezpośrednie działanie P D T na kom órki now otw orow e in vivo. Tabela

1

L okalizacja fotosensybilizatorów w kom órce i tkance now otw orow ej [77] F otosensybilizator

Cel kom órkow y

L o k alizacja w now otw orze

O ra n ż akrydynow y

System błon kom órkow ych Mitochondria/jądro komórkowe

K o m ó rk i now otw orow e K o m ó rk i now otw orow e, śródbłonek U kład naczyniow y

5-ALA AIPcS AIPcSj AIPcSj AIPcS* H em ina B akteriochlorofil a Hp H p + liposom y lub LDL H pD

B łękit m etylenow y F o to frin F o to sa n T H PC TH PP Z nP c + liposom y

System błon kom órkow ych (a poptoza) System błon kom órkow ych Lizosom y Lizosom y B łona k o m ó rk o w a

M ito ch o n d ria

Mitochondria, błona komórkowa, a p a ra t G olgiego, ją d ro kom órkow e Błony, m ito c h o n d ria M ito ch o n d ria (apoptoza) M ito ch o n d ria

K o m ó rk i now otw orow e U k ład naczyniow y K o m ó rk i u k ład U k ła d K o m ó rk i

now otw orow e naczyniow y naczyniow y now otw orow e

K o m ó rk i now otw orow e u k ład naczyniow y

U k ład naczyniow y K o m ó rk i u k ład K o m ó rk i K o m ó rk i

now otw orow e, naczyniow y now otw orow e now otw orow e

D Z IA Ł A N IE P D T N A K R W IN K Ę C Z E R W O N Ą

W 1987 r. C h o p p i wsp. [78] stwierdzili, że P D T pow oduje destrukcję uk ład u naczyniow ego. Po po d an iu F o to frin u II i 30 m in ekspozycji n a św iatło erytrocyty zbijały się w zw arte agregaty. Z aobserw ow ali oni, że uszkodzenie k om órek endotelialnych pow odow ało uw alnianie czynników krzepnięcia. F orm ow anie skrzepu w naświetlanym miejscu nasilało ekspozycję erytrocytów na św iatło, co prow adziło d o uszkodzeń błony i w yzwolenia

procesu hem olizy. W efekcie osm olycznie napęczniałe erytrocyty zupełnie zatykały naczynia krw ionośne. E rytrocyty są bardzo wrażliwe n a działanie fotosensybilizatorów . Stw ier­ d zo n o , że ftalocyjaniny i hem atoporfiryny łączą się z bło n ą k o m ó rk o w ą erytrocytu pow odując lizę, jed n ak m echanizm działania tych dw óch sensybilizatorów jest inny. O b a barw niki łączą się silnie z białkam i osocza, jed n ak hem atoporfiryny w ydają się być wtedy bardziej efektywne niż ftalocyjaniny. W przypadku tych drugich następuje ham ow anie reakcji hem olizy [79], Stw ierdzono również, że w przypadku ftalocyjanin dużą rolę gra stru k tu ra chem iczna barw nika, choć nic znaleziono żadnej korelacji pom iędzy rodzajem m etalu w cen tru m pierścienia, liczbą reszt kw asu siarkow ego i liczbą pierścieni benzenow ych a zdolnością indukow ania reakcji hem olizy. W ydaje się, że kom binacja tych wszystkich param etrów pozw ala n a przyłączenie się b arw n ik a do swoistej tarczy (białka) n a błonie erytrocytarnej i fotohem olizę [80]. Najskuteczniejszym i okazały się sulfonow ane po ch o d n e alum iniow e (A1P cS 2). P oniew aż m ają c h a ra k te r am fifilow y, łatw iej p en e tru ją błonę k o m ó rk o w ą i przem ieszczają się pom iędzy różnym i kom ponentam i k o m ó r­ kowym i. N a podstaw ie b ad ań ultrastrukturalnych stw ierdzono, że fotohem oliza jest pop rzed zo n a pęcznieniem kom órki. Po działaniu barw nikam i ftalocyjaninowym i erytrocyt zachowuje swój dwuwklęsły kształt naw et przy raptow nym zw iększeniu swoich rozm iarów [81]. H em atoporfiryny pow odują natom iast transform ację dyskocytu do echinocytu z jednoczesnym zwiększeniem objętości k o m órki [80]. Potw ierdzają to badania: hem ina (F e-protoporfiryna) pow oduje dysocjację zw iązanych z błoną erytrocytarną białek cytoszkieletu [82], K ażde osłabienie cytoszkieletu błonow ego w wyniku jego chemicznej m odyfikacji będzie prow adzić do zm ian dwuwklęsłego kształtu i zwiększać wrażliw ość kw inek n a hem olizę [83], W ydaje się więc praw dopodobne, że zm iany m orfologiczne fotosensybilizow anych przez hem atoporfiryny k o m ó rek są spow odow ane zm ianam i w cytoszkielecie błonow ym , zarów no w ciem ności ja k i po ekspozycji na św iatło [84]. Z m iany zachodzące n a skutek fotosensybilizacji przez ftalocyjaniny m ogą być spow odow ane raczej w nikaniem w ody niż działaniem na cytoszkielet. Stw ierdzono, że fotohem olizie nie tow arzyszy peroksydacja lipidów ; analiza rozdziału białek błonow ych n a żelu poliakryloam idow ym ukazała zniknięcie kilku pasm , w tym białka o m asie 14 k D a, m onom erów spektryny (220-260 k D a ) i białek pasm a 3 (110-120 k D a) z jednoczesnym pojawieniem się białka o m asie 28 k D a w miejsce tropom iozyny, które m ogło pow stać n a skutek w iązań krzyżow ych pom iędzy różnym i białkam i błonow ym i [85]. F o to h em o liza jest zazwyczaj uw ażana za proces o podłożu koloidalno-o sm o ty czn y m , p rzejaw iający się u tra tą selektyw nej przep u szczaln o ści,

uszkodzonej na skutek PD T, błony. Rozpuszczone w wodzie jony, do tej pory rozpoznaw ane i skutecznie zatrzym yw ane przez błonę, zaczynają w nikać do wnętrza, a w raz z nimi - woda. W wyniku tego następuje pęcznienie kom órki, a w końcu jej zniszczenie, czyli liza. T aki proces jest najwyraźniej kontrolow a­ ny praw am i dyfuzji i osm ozy i powinien mieć jedną w artość energii aktywacji (E a), a wykres A rrheniusa - ch arak ter liniowy. F otohem oliza in d u k o w an a przez ftalocyjaniny (AIPcS) nie jest jedynie prostą utratą selektywnej przepusz­ czalności błony plazmatycznej; jest procesem bardziej skom plikowanym . D ow o­ dem n a to są: brak linearności wykresu A rrheniusa i silne działanie kationów zew nątrzkom órkow ych na poprzedzającą hemolizę szybkość zm ian rozm iarów kom órki. W ykreślony na podstawie danych doświadczalnych wykres A rrheniu­ sa jest krzywą, co znaczy, że proces fotohem olizy m usi być w tym przypadku wieloetapow y [86], K a tio n y obecne w m edium m ają duży wpływ na szybkość hem olizy. Szybkość ta w zrasta w porządku: Li + , N a +, K + , C s +, R b + , jeżeli zaś chodzi o halogenki, to: F “ , C l“ , B r“ , C l" i B r- zachow ują się w sposób, ja k tego oczekiw ano ze względu n a ich rozm iar i B r“ jest najbardziej aktyw ny w indukcji reakcji hemolizy. Z ap ro p o n o w an o dw a w yjaśnienia tego zjawiska: m ożliw ość pow staw ania porów w błonie o średnicy ok. 0,5-0,7 nm i otw ieranie kanałów jonow ych. Ł adunek jonów m oże być przeszkodą w tran sporcie przez kanały. W raz ze wzrostem rozm iaru jo n u zm niejsza się gęstość ład u n k u na jego powierzchni, a tym sam ym nasila się jego tran sp o rt. D rugi m echanizm wydaje się bardziej pasow ać do m odelu reakcji w ielo­ etapow ej, w ynikający z nieliniowego w ykresu A rrheniusa. Najm niejszy halogenek F~ wykazuje zadziwiające działanie. W roztw orach izotonicznych ham uje reakcję hem olizy przeszło dw ukrotnie w sto su n k u do jo n ó w C l“ , i to już przy bardzo m ałych stężeniach ( < 1 m M ). Zm niejsza rów nież p raw dopodobieństw o pow staw ania w iązań krzyżow ych pom iędzy stru k tu raln y m i białkam i błonow ym i. E fekt ten był częściowo znoszony, jeśli fluorki były dodaw ane po naświetleniu. Rów nież dodanie przed naświetlaniem deoksyglukozy, inhibitora glikolizy, procesu, k tó ry jest głównym źródłem A T P dla erytrocytów , nasila hem olizę i redukuje kom órkow y poziom A T P o ok. 50% w porów naniu z erytrocytam i kontrolnym i zaw ierającym i glukozę. Sugeruje to, że glikoliza i A T P są istotnym i czynnikam i zapobiegającym i hem olizie [87]. Szybkość fotohem olizy erytrocytów ludzkich zwiększa się po d o d an iu askorbinianu. Chociaż askorbinian jest biologicznym antyoksydantem , w obec­ ności m etali inicjujących reakcje redoks, takich jak żelazo, działa jak o p ro o k sy d an t. Po do d an iu d o zawiesiny erytrocytów F eC l3 i askorbinianu reakcja hem olizy przebiega 4-krotnie szybciej niż z sam ym sensybilizatorem . R ów nież w obecności sam ego askorbinianu, bez udziału żelaza, reakcja hem olizy zachodzi dw ukrotnie szybciej. Szybkość hem olizy i stężenie askor-

binianu w zakresie 0-1 mM były bezpośrednio skorelow ane, co sugeruje, źe asko rb in ian jest reagentem , nie katalizatorem . W yższe stężenia (1-2 m M ) m iały tylko m arginalny wpływ n a szybkość reakcji. W zm ocnienie efektu obserw ow ano jedynie wtedy, gdy askorbinian był obecny podczas naświetlania; jego do d an ie do zawiesiny kom órek bezpośrednio po naśw ietleniu było nieefektywne. Proces ten rów nież w ym aga obecności tlenu - test z azydkiem i D 20 w ykazał udział tlenu singlctowego, chociaż w m niejszym stopniu niż przy brak u askorbinianu. Z kinetyki reakcji w yw nioskow ano zachodzenie jednocześnie dw óch typów reakcji: pom iędzy w zbudzonym sensybilizatorem a askorbinianem i za pośrednictw em tlenu singlctowego [88], W zrastająca w ostatnich latach groźba zarażenia chorobam i bakteryjnym i i wirusow ym i, ja k wirusem żółtaczki zakaźnej typu B i C oraz H IV podczas przetaczania krw i, skłoniła do poszukiw ania nowych efektyw nych m etod sterylizacji p rep aratów krw iopochodnych. Przez ostatnie 7 lat w prow adzono wiele m etod inaktywacji lub usuw ania wirusów z erytrocytów i kom ponentów krwi. N ajbardziej obiecujące wydaje się użycie ftalocyjanin alum iniow ych i ich sulfonowanych pochodnych. Niestety ftalocyjaniny uszkadzają erytrocyty. D latego prow adzone są intensywne badania nad specyficznymi wygaszaczam i, nie zm ieniającym i fotodynam icznych właściwości barw nika, lecz chroniącym i erytrocyty przed zniszczeniem. Jednym z takich zw iązków jest kw ercetyna (rys. 4).

OH

R ys. 4. K w ercetyna

Flaw onoidy, do których należy kwercetyna, są nietoksycznymi naturalnym i p o lifen o lam i szero ko w ystępującym i w tk a n k a c h ro ślin n aczyniow ych. Stw ierdzono, że kw ercetyna ham uje reakcje w olnorodnikow e, poniew aż jej stru k tu ra m olekularna posiada cechy niezbędne do funkcjonow ania w ch arak ­ terze antyoksydanta, akceptora wolnych rodników i czynnika kom pleksującego m etale. Jest również zm iataczem rodnika ponad tlenkowego i hydroksylow ego, inhibitorem indukow anej przez żelazo peroksydacji lipidów w m ikrosom ach w ątroby szczura w niskich m ikrom olarnych stężeniach. Jednakże w wyższych

stężeniach działa ja k o p ro o k sy d a n t i przyśpiesza generow anie ro d n ik a hydroksylow ego z nadtlenku w odoru w obecności F e 3+ - E D T A (kw asu etylenodiam inoczterooctow ego). U e n - l l u r i wsp. [81] stwierdzili, że kw ercetyna inhibuje reakcje typu I i II i wykazuje działanie o chronne w obec ery tro cy tó w człow ieka, co m o żn a tłum aczyć zdolnością d o h am o w a n ia reakcji sieciow ania białek błonow ych. D ziałanie fenoli ja k o antyoksydantów tłum aczy się zm iataniem rodników tlenow ych biorących udział w procesie propagacji i jednoczesnym fo r­ m ow aniem utlenionych fenoli. Jeśli odpow iedni związek redukujący jest obecny w środow isku, m oże on reagow ać z utlenionym su bstratem i rege­ nerow ać fenole, dzięki czemu nadal m ogą działać ja k o antyoksydanty. Rzeczywiście, flaw onoidy m ogą w chodzić w interakcję z kw asem ask o r­ binow ym , który m oże redukow ać utlenioną kwercetynę, k tó ra odzyskuje swoje właściwości antyoksydacyjne. Rów nież w przypadku fotosensybilizacji indukow anej przez protoporfiryny, antyoksydacyjne działanie kw ercetyny jest stym ulow ane przez kwas askorbinow y, naw et jeśli askorbinian w ystępuje w stężeniach, w jakich działa już ja k o prooksydant. K w ercetyna m oże rów nież ham ow ać reakcje, w których uczestniczy tlen singletow y, takie jak fotoliza krocyny pod wpływem różu bengalskiego. K w ercety n a jest rów nież u tlen ian a n a skutek reakcji fotosensybilizacji indukow anych przez protoporfiryny; reakcja ta jest inhibow ana przez N a N 3 pod w arunkiem , że użyty jest w stężeniach, w których funkcjonuje jak o wygaszacz tlenu singletowego, lecz nie stanu trypletow ego fotouczulacza. U w aża się, że p ro d u k ty reakcji kwercetyny z tlenem singletowym , pow stające w obecności różu bengalskiego, to efekt d o d an ia tlenu do 2,3 podw ójnego wiązania pierścienia enolowego, co następuje po ich przemieszczeniu. O chrona erytrocytów przed fotohem olizą m oże sprow adzać się do kom petycyjnego zm iatan ia tlenu singletowego [85].

L IT E R A T U R A

[1] von T a p p e i n e r H. , J o d l b a u e r A . (1907), F C W Vogel, Leipzig. [2] B e n - H u r E., M o o r A. C. E., M a r g o l i s N u n n o H. , G o t t l i e b P., Z u k M. M. , L u s t i g m a n S., H o r o w i t z B., B r a n d A., V a n S t e v e n i n c k J., D u b b e l m a n T . M . A . R. (1996), T ran sfu sio n M ed. R ev., 1, 15-22. [3] K e s s e l D. , D o u g h e r t y T . J. (eds) (1982)., Advances in experim ental m edicine and biology, 160, Plenum Press, N ew Y ork. [4] D o u g h e r t y T . J. (1987), P hotochem . P hotobiol., 46, 569-574. [5] K e s s e l D. , B y r n e C. J., W a r d A . D . (1992), J. P hotochem . P h o to b io l. B: Biol., 14, 275 -2 9 2 . [6] V a l e n z e n o D . (1987), P hotochem . P ho to b io l., 46, 146-160. [7] S a n d b e r g S., R o m s i o I. (1981), Clin. C him . A cta, 109, 193-201.

[8] R a m p o n i R. , S a c c h i C. A. , C u b e d d u R. (1989), [w:] Laser A pplications in M edicine and Biology, cd: M . L. W o l b a r s h t , 5, Plenum , New Y o rk , rozdz. 2. [9] M o s e r F. H. , T h o m a s A . C. (1963), R einhold, N ew Y ork. [10] B e n - H u r E., R o s e n t h a l I. (1986), L asers in Life Sei., 1(1), 79-86. [11] D a n i e l s F . (1969), [w:] The Biologic E ffects o f Ultraviolet Radiation with E m phasis on the S kin , ed. F . U r b a c h , P ergam on, O xford, 151-157. [12] R o s e n t h a l 1., B e n - H u r E . (1995), In t. J. R ad iat. Biol., 67(1), 85-91. [13] B e n - H u r F,., R o s e n t h a l 1., L e z o n o f f C. C. (1988), J. P hotochem . P h o to b io l. B: Biol., 2, 243-252. [14] S p i k e s J. D . (1990), J. Photochem . P hotobiol. B: Biol., 6, 259-274. [15] R i c h t e r A. M „ K e l l y B., C h o w J. (1987), J. N atl. C ancer In st., 79, 1327-1332. [16] G a r b o M. G . (1996), J. P hotochem . P hotobiol. B: Biol., 34, 109-116. [17] [18] [19] [20]

W i n k e l m a n J. (1962), C ancer Res., 22, 589-596. W i n k e l m a n J., S l a t e r G. , G r o s s m a n J. (1967), C ancer R es., 27, 2060-2064. B e r e n b a u m M. C., H a l l G. W., H o y e s A. D . (1986), Br. J. C ancer, 53, 81-89. D i e t e l W. , B o l s e n K. , D i c k s o n E., F r i t s h C., P o t t i e r R. , W e n d e n b u r g R. (1996), J. P hotochem . P h otobiol. B: Biol., 33, 225-231. [21] S r o k a R. , B e y e r W. , G r o s s n e r L., S a s s y T. , S t o c k e r S., B a u m g a r t n e r R. (1996), J. P hotochem . P h o to b io l. B: Biol., 34, 13-19. [22] P e n g Q., N e s l a n d J. M. , M o a n J., E v e n s e n J. F., K o n g s h a u g M. , R i m i n g t o n C. (1990), In t. J. C ancer, 45, 972-979. [23] K e n n e d y J. C., P o t t i e r R. H. (1992), J. Photochem . P h o to b io l. B: Biol., 14, 143-148. [24] W o l f P., R i e g e r E. , K e r l H . (1993), J. Am . A cad. D e rm ato l., 28, 17-21. [25] C a i r n d u f f F., S t r i n g e r M. R. , H u d s o n E. J., A s h D. V„ B r o w n S. B. (1994). Br. J. C ancer, 69, 605-608. [26] K r i e g m a i r M. , B a u m g a r t n e r R. , K n u e c h e l R. , S t e p p H., H o f s t a d t e r F., H o f s t e t t e r A. (1996), J. U ro l., 155, 105-110. [27] P e n g Q., W a r l o e T., B e r g K. , M o a n J., K o n g s h a u g

M. , G i e r c k s k y

K. ,

N e s h l a n d J. M . (1997), C ancer, 79, 2282-2308. [28] K i m e l S., T r o m b e r g B. J., R o b e r t s W. G. , B e r n s M. W. (1989), P hotochem . P hotobiol., 50, 175-183. [29] J o r i G. , S p i k e s J. D . (1984), w: K . C. Sm ith (ed.), Topisc in P hotom edicine, Plenum , N ew Y o rk , 183-318. [30] M e r k e l P. B., K e a r n s D . R. (1972), J. A m . C hem . Soc., 94, 7244-7253. [31] M o a n

J., P e n g Q. , E v e n s e n

J. F. , B e r g

K. , W e s t e r n

A. , R i m i n g t o n

(1987), P hotochem . P hotobiol., 46, 713-721. [32] M o a n J., B e r g K . (1992), P hotochem . Photobiol., 55, 931-948. [33] M o a n J., J o h a n n e s e n J. V., C h r i s t e n s e n T. , E s p e v i k T. , M c G h i e

C.

J. B.

(1982), A m . J. P ath o l., 109, 184-192. [34] B e r n s M. W. , D a h l m a n A. , J o h n s o n F . (1982), C ancer R es., 42, 2325-2329. [35] P e n g Q. , F a r r a n t s G. W. , M a d s l i e n K. , B o m m e r J. C. , M o a n J., D a n i e l ­ s e n H. E.’, N e s h l a n d J. M . (1991), In t. J. C ancer, 49, 290-295. [36] P a q u e t t e B., A l i H. , L a n g l i o i s R. , v a n L i e r J. (1988), P hotochem . P h o to b io l., 47, 215-220. [37] B e n - H u r E., G r e e n M. , P r a g e r A. , K o l R. , R o s e n t h a l I. (1987), P hotochem . P ho to b io l., 46, 651-656. [38] D u b b e l m a n T. M. A. R. , d e

Bruijne

A. W. , v a n

Steveninck

B iochem . B iophys. Res. C om m un., 77, 811-817. [39] S p i k e s J. D. , B o m m e r J. C. (1986), In t. J. R a d ia t. Biol., 50, 41-45.

J. (1977),

[40] L a n g l o i s R. , A l i H. , B r a s s e u r N. , W a g n e r J. R., v a n d e r L i e r J. E. (1986)., P hotochem . P ho to b io l., 44, 117-123. [41] D e u t i c k e ß. , H e n s e l e i t U., H a e s t C. W. M. , H e l l e r K. B., D u b b e l m a n T. M. A . R. (1989), Biochim . Biophys. A cta, 982, 53-61. [42] K v a m E., S t o k k e T., M o a n J. (1990), Biochim . Biophys. A cta, 1049, 33-37. [43] J a i n R. K. (1987), C ancer M etastasis Rev., 6, 559-594. [44] D v o r a k H. F., N a g y J. A., D v o k a r J. T., D v o r a k A. M. (1988), A m . J. P athol., 133, 95-109. [45] D v o r a k H . F. (1986), New E ngl. J. M ed., 314, 165-1659. [46] B r a u l t D. , V e v e r - B i z e t C., K u z e l o v a K. (1993), J. P hotochem . P h otobiol. B: Bio!., 20, 191-195. [47] B a r r e t t A. J., K e n n e d y J. C., J o n e s R. A., N a d e a u P. (1990), J. P hotochem . P h otobiol. B: Biol., 6, 309-321. [48] K o n g s h a u n g M. (1992), In t. J. Biochem ., 24, 1239-1265. [49] K e s s e l D. , W o o d b u r n K . (1993), In t. J. Biochem ., 25, 1377-1383. [50] K e s s e l D ., T h o m p s o n P., S a a t i o K ., N a n t w i K. D . (1987), Photochem . Photobiol., 45, 787-790. [51] J a i n R. K . (1987), C ancer Res., 47, 3039-3051. [52] D o u g h e r t y T. J. (1987), P hotochem . P hotobiol., 45, 879-890. [53] Z h o u C. (1989), J. Photochem . P h otobiol. B: Biol., 3, 299-318. [54] S e l m a n S. H. , K r e i m e r - B i r n a u m M. , K l a u n i g J. E., G o l d b l a t t P. J., K e c k R. W. , B r i t t o n S. L. (1984), C ancer. Res., 44, 1924-1927. [55] C h a n d h u r i K. , K e c k R. W. , S e l m a n S. (1987), Photochem . P hotobiol., 46, 823-827. [56] B e n - H u r E. (1990), Spectrum , 3, 3-4. [57] Y o n u s c h o t G . (1991), Free R ad. Biol. M ed., 11, 307-317. [58] F o s t e r T. H. , P r i m a v e r a M. C., M a r d e r V. J., H i l f R. , S p o r n L. (1991), C ancer R es., 51, 3261-3266. [59] R i s H . B., A l t e r m a t t H. J., I n d e b i t z i R. (1991), Br. J. C ancer, 64, 1116-1120. [60] P e n g Q. , M o a n J., N e s h l a n d J. M. , R i m i n g t o n C. (1990), Int. J. C ancer, 46, 719-726. [61] R e e d M. W. R. , W i e m a n T. J., D o a k K. W. , P i e t s c h K. , S c h u s c h k e D . A. (1989), P hotochem . P ho to b io l., 50, 419-423. [62] F i n g a r F. H. , W i e m a n T. J., W i e h l e S. A. , C e r r i t o P. B. (1992), C an er. Res., 52, 4914-4921. [63] K e r d e l F. A., S o t e r N . A., L i m H . W. (1987), J. Invest. D e rm ato l., 88, 277-280. [64] C a r p e n t e r R. J., R y an R. J., N e e l H. B., S a n d e r s o n D . R. (1977), A nn. O tol., 86, 661-666. [65] M u s s e r D. A., W a g n e r J. M, D a tta -G u p ta N . (1982), Res. C om m un. C hem . P ath o l. P h a rm a c o l, 2, 251-259. [66] N e l s o n J. S , L i a w L. H. , O r e n s t e i n A. , R o b e r t s W. G , B e r n s M. W. (1988), J. N atl. C ancer. Inst., 80, 1599-1605. [67] E v a n s S , M a t t h e w s W , P e r r y [68] [69] [70] [71] [72]

R, Frankel

D, N orton

J. (1990), J. N atl.

C ancer I n s t , 82, 34-39. S c h u m a k e r B. P„ H e t z e l F. W. (1987), Photochem . P h o to b io l, 46, 899-901. W i n k l e m a n J. (1961), J. N atl. C ancer I n s t , 27, 1369-1377. Z h o u C , M i l a n e s i C , J o r i G . (1988), Photochem . P h o to b io l, 48, 487-492. D u b b e l m a n T. M. A. R , v a n S t e v e n i n c k J. (1984), B iochim . B iophys. A cta, 771, 201-207. H i l f R , S m a i l D . B , M u r a n t R. S , L e a k e P. B , G i m s o n S. L. (1984), C ancer. R e s , 44, 1483-1488.

[73] G i b s o n S. L., H i l f R. (1983), C ancer Res., 43, 4191 4197. [74] C e c k l e r T. L., B r y a n t R. G. , P e n n y D. P., G i b s o n S. L., H i l f R. (1986), 140(1), 273-279. [75] Z a i d i S. 1. A. , 0 1 e i n i c k N. L., T a r i f - Z a i m M ., M u k h t a r H . (1993), P hotochem . P hotobiol., 58, 771-776. [76] M c C o n c e y D. J., O r r e n i u s S. (1994), T ren d s Cell Biol., 4, 370-374. [77] P e n g Q. , M o a n J., N e s h l a n d J. M. (1996), U ltrastr. P ath o l., 20, 109-129. [78] C h o p p M. , G l a s b e r g M. R. , R i d d l e J. M. , H e t z e ! F. W. , W e l c h K. M. A. (1987), P hotochem . P hotobiol., 46, 103-108. [79] B e n - H u r E., R o s e n t h a l 1. (1986), C ancer L etters, 30, 321-327. [80] S e n g e M. O. (1992), J. Photochem . P hotobiol. B: Biol., 16, 3-36. [81] B e n - H u r E., M a l i k Z., D u b b e l m a n T. M. A. R. , M a r g a r o n P., A l i H ., v a n L i e r J. E. (1993), P hotochem . P hotobiol., 58(3), 351-355. [82] M a l i k Z., L e v B. (1991), Blood Cells, 17, 570-574. [83] S o l a r 1., M u 11 e r e b e r h a r d U., S h i v r o Y. , S h a k l a i N. (1991), Biochim . B iophys. A cta, 1062, 51-58. [84] M i l l e r F. N. , T a n g e i d e r G. J., S l a a f D. W. , R e n e m a n

R . S. (1991), B lood

Cells, 17, 555-556. [85] B e n - H u r E., R o s e n t h a l I., G r a n o t (G raziani) Y. (1993), P hotochem . P h o to b io l., 57(6), 984-988. [86] B e n - H u r E., O r e s t e i n A . (1991), In t. J. R ad ial. Biol., 60(1/2), 293-301. [87] B e n - H u r E . , N a g e l k e r k e J . F. , D u b b e l m a n T. M. A. R. , V a n S t e v e n i n c k s J. (1992), In t. J. R ad iat. Biol., 6, 767-772. [88] R o s e n t h a l I., B e n - H u r E. (1992), In t. J. R a d ia t. Biol., 62(4), 481-486. W płynęło d o R edakcji F o lia biochim ica et biophysica

U niw ersytet Ł ódzki K a te d ra Biofizyki O gólnej

24.04.1998

Em ilia Krajewska, M aria Bryszew ska

P H O T O D Y N A M IC T H E R A P Y

T h is article describes the term o f p h o to d y n am ic therapy, a relatively new w ay o f cancer trea tm e n t and gives the rewiev o i the com m only used photosensitizers, expecially the p h th alocyanines and their w ay o f action. T he last p a rt is devoted to the a ction o f P D T o n h u m an erythrocytes.