Головна » Медтехніка і технології » Сучасна квантова технологія в діагностиці та лікуванні раку легень: перспективи розвитку | Медтехніка і технології


Г. І. Назаренко, доктор медичних наук, професор, Л. Є. Логінов, кандидатмедичних наук, А. Б. Канючевскій, С. Н. Петров, Б. М. Касаткін, А. Н. Димитров Медичний центр ЦБ РФ, Москва

За останні два десятиліття з'явилося значне число повідомлень про вельми успішне клінічному застосуванні високоенергетичних лазерів при злоякісних ураженнях легень[8]. З урахуванням того, що промінь лазера високоенергетичного усуває порушення прохідності дихальних шляхів, викликане пухлиною,дозволяє ателектаз і обструктивну пневмонію, покращує вентиляцію легень, його можна використовувати в паліативної терапії неоперабельних онкологічних хворих з обструкцією трахеобронхіального дерева і як етапу підготовки до хірургічного посібника в поєднанні з хіміо-та радіотерапією[2].

Якщо говорити про сучасні квантових технологіях, що використовуються в онкології, слід зазначити, що останнім часом пріоритетне значення придбали низькоенергетичнітехнології. Серед них методи діагностики злоякісних пухлин, засновані на ефекті низькоенергетичне індукованої флюоресценції, займають особливе місце.

Висока інформативність методів лазерної флюоресцентної діагностики живих пухлинних тканин обумовлена головним чином існуючої взаємозв'язком між особливостями їх спектральних характеристик і функціональним станом окремих клітинних структур, що входять до складу єдиної біологічної системи[1].

Найбільш відомим методом в цьому напрямку була діагностика раку по флюоресценції екзогенних барвників - фотосенсибілізаторів (ФС), які після попереднього введення певним чином накопичуються в злоякісних пухлинах[7].

На жаль, широке застосування даного методу в клінічній практиці ускладнено по ряду причин, в тому числі у зв'язку з недостатньою селективністю накопичення в пухлинах і неоднорідністю хімічногоскладу тканин. Крім того, порівняно невелика глибина проникнення в біотканини низькоінтенсивного лазерного випромінювання, що використовується для порушення флюоресценції ФС, не дозволяє проводити ефективну діагностику новоутворень легкого, локалізованих інструментально (ендофітний зростаючі пухлини і т. д.).

Разом з тим ще на початку століття було добре відоме явище власної флуоресценції біологічних тканин, що виявляється, наприклад, в специфічному червоному світіннізлоякісних пухлин при їх висвітленні ультрафіолетовим (УФ) світлом[1]. Об'єктивні труднощі, пов'язані з реєстрацією аутофлюоресценціі (АФ), що володіє низьким (на два-три порядки нижче, ніж у ФС) квантовим виходом, призвели до того, що більшість авторів розглядали власну флюоресценцію лише як фонове явище при проведенні діагностики фотосенсібілізірованних біотканин[5]. У той же час в деяких роботах наводяться дані, що свідчать про специфічніособливості аутофлюоресцентних властивостей ракових і нормальних тканин людини[6], Які можна було б використовувати в цілях онкологічної діагностики. Спектри люмінесценції в цих роботах автори вимірювали в діапазоні 300-850 нм. За співвідношенням інтенсивності флюоресценції в синьо-зеленому діапазоні спектра, що характеризує в основному флюоресценцію молекул NADH, до інтенсивності флюоресценції в зелено-червоному діапазоні (флюоресценція власне ендогенних порфіринів) оцінювалидіагностичну контрастність (ДК) досліджуваних тканин, що показує, у скільки разів інтенсивність флюоресценції досліджуваної тканини в зелено-червоному діапазоні вище, ніж в нормальній слизової, що дозволяло ідентифікувати злоякісне новоутворення.

За виміряним співвідношенню інтенсивності розсіяної лазерної лінії та максимальної величини інтенсивності флюоресценції оцінюють діагностичну контрастність (ДК), що показує, у скільки разів інтенсивність флюоресценціїпухлинної тканини вище інтенсивності флюоресценції нормальної слизової.



I Ф.О. I Ф.Н. ДК = -----: ----- I р.о. I р.н.

де I Ф.О., I Ф.Н. - Інтенсивність флюоресценції пухлини і нормальної слизової відповідно;

I р.о., I р.н. - Інтенсивність розсіяного лазерного компонента в пухлині і нормальної слизової відповідно.

За результатами експериментальних даних і після зіставлення зданими морфологічного аналізу авторами було встановлено, що при ДК> 2 можна судити про злоякісному переродженні тканини, причому чим вище ДК, тим вище ступінь малігнізації (рис. 1).

Рисунок 1. Схематичне зображення спектрів флюоресценції нормальної слизової здорового легені (1) та пухлинної злоякісної легеневої тканини (аденокарцинома), отриманих при проведенні бронхоскопії (2). Флюоресценцію порушували He-Ne лазером (довжинахвилі 633 нм)

Обстеження здійснюється наступним чином. Під час проведення ендоскопії через біопсійний канал бронхоскопа вводять волоконно-оптичний катетер, який призначений для підведення збуджуючого лазерного випромінювання червоного діапазону спектра до тканини, і одночасно реєструють розсіяний лазерний компонент, а також спектр флюоресценції, наприклад, при порушенні флюоресценції He-Ne лазером потужністю 5 -15 мВт[4](Рис. 2).

Подібний лазерно-спектральний аналіз виключно зручний в оцінці вираженості ефекту фотодинамічної терапії (ФДТ) раку легені.

За минулі десять років в Росії і за кордоном накопичено значний досвід лікування злоякісних новоутворень легень з допомогою методу ФДТ. В основі методу ФДТ злоякісних новоутворень лежить каталізує світлом (джерела лазерного випромінювання в ІК, видимому і в УФ-діапазонах) руйнування фотосенсібілізірованних (порфиринами,хлорину та іншими барвниками, які діють у відповідних довжинах хвиль) пухлин[9].

Механізм загибелі фотосенсібілізірованних пухлинних клітин під дією світла до кінця не відомий, однак прийнято вважати, що головним цитотоксическим агентом, що виникають при активації світлом порфіринів, є синглетний кисень. Встановлено, що в результаті дії синглетного кисню і утворюються за його участю продуктів (гідроксильних радикалів і перекисів)з'являються дефекти в механізмі мембранного транспорту клітин, порушується окисне фосфорилювання в мітохондріях, розвивається фотодеструкцією таких біологічно важливих макромолекул, як нуклеїнові кислоти, білки та фосфоліпіди. Багато дослідників вважають, що поряд з прямою фотоіндукованої деструкцією клітин пухлини для розвитку класичного фотодинамічної ефекту в тканинах повинно мати місце пошкодження мікросудин за рахунок пошкодження в них ендотелію.

Препарати, що використовуються як фотосенсибілізаторів, в порівнянні зі здоровими тканинами володіють значною фотодинамічної активністю і досить високим контрастом накопичення в зонах пухлинного росту, що досягає в окремих випадках значень 2-4.

Рисунок 2. Схема лазерного багатоканального оптичного волоконного бронхоскопа-спектроаналізатор Адаптовано з патенту РФ № 4955489/14 від 25. 06. 90 р. Лощенов В. Б., Кузін М. І.,Логінов Л. Є. зі співавт.[4]

Однак недолік ФДТ раку легені обумовлений тим, що у окремої категорії хворих через особливості гомеостазу не досягається прийнятного для ФДТ накопичення препарату в зонах пухлинного росту і немає достатньо високого контрасту накопичення. Це призводить до зниження лікувальної ефективності ФДТ, необхідності введення в організм значних доз препарату, що в подальшому може викликати негативні побічні ефекти. Томувисока потреба в речовинах або таких факторах впливу, які в комбінації з іншими способами лікування могли б збільшити чутливість онкоклітини до лікарського засобу.

K. S. Zanker і R. Kroczek, досліджуючи концепцію про те, що хімічна активність озону залежить від окислювальних властивостей (а точніше, від активних форм кисню і вільно-радикального механізму окислення), довели в експерименті на культурах злоякісних клітин бронхолегеневої системи, щоозон, який застосовується в комбінації з хіміотерапією 5-флюороцілом у відповідній концентрації, зменшує резистентність ракових клітин і підвищує терапевтичну ефективність без збільшення токсичності[18].

B 1996-1997 роках в МЦ спільно з лабораторією лазерної біоспектроскопіі ІОФ РАН вирішувалося завдання підвищення лікувальної ефективності ФДТ раку легені з використанням озонованих в терапевтичних концентраціях розчинів (озонотерапія) для системного і місцевоговведення (09%-ний фізіологічний розчин, 5%-ний розчин глюкози, розчин Рінгера, розчин Дарроу та інші) за рахунок активації фотохімічної реакції, посилення пенетрації та накопичення фотосенсибілізатора в онкоклітини, збільшення коефіцієнта абсорбції лазерного випромінювання пухлинної тканиною, в результаті чого істотно зростав фотодинамічної ефект[3].

В серіях експериментальних досліджень in vitro на клітини-мішені встановлено, що озоноліз посилюєцитотоксичну фотохімічне дію фотосенсибілізатора в біосистемі до 20-30%.

Для вивчення можливості озоно-ФДТ злоякісних пухлин легенів при місцевому введенні фотосенсибілізатора на безпородних білих мишах з перевитий карциномою Ерліха (локалізація - права задня лапка) проведено дві серії дослідів.

У першій серії (основна група) твариною в ложі пухлини вводили озоноване 09%-ний розчин натрію хлориду об'ємом 02 мл, деконцентрація озону склала 38 мкг /мл, і 02 мл розчину, що містить фталоціанін алюмінію з концентрацією 01-04 мг /мл і альбумін людський з концентрацією 5 мг /мл. У другій серії (контрольна група) вводився аналогічний розчин фталоцианина і альбуміну, але без поєднання з озонованим 09%-ним розчином натрію хлориду.

В обох групах проводилося два сеанси ФДТ (потужність Kr-лазера - 300 мВт), тривалість - 15 хв кожен. В основній групі у всіх тваринвідзначений сухий некроз всієї маси пухлини, що підтверджено подальшим гістологічним дослідженням. У контрольній групі терапія не призвела до видимих змін в пухлині. При флюоресцентної-спектроскопічні контролі змісту фотосенсибілізатора в тканинах організму в ході озоно-ФДТ в основній групі терапевтична концентрація фталоцианина алюмінію відзначалася у всій масі пухлини, в той час як в контрольній групі вміст фталоцианина алюмінію в пухлини було нерівномірним ізначно нижче терапевтичного.

Експериментальні дослідження in vivo показали, що даний спосіб дозволяє досягти більшого накопичення і рівномірного розподілу препарату в пухлині як при місцевому, так і при внутрішньовенному його введенні.

Можна виділити наступні механізми дії озоно-фотодинамічної ефекту. Перший обумовлений посиленням фотохімічної реакції. Цей ефект досягається завдяки тому, що в реакційній середовищі збільшуєтьсязміст О2 його активних форм - інгредієнтів фотохімічної реакції. Наступний механізм обумовлений тим, що продукти озоноліза підсилюють пенетрацію і фіксацію фотосенсибілізатора в структурах онкоклітини, а це сприяє більш швидкій і повної утилізації фотосенсибілізатора із системного кровотоку і полегшує його накопичення в пухлинної тканини (крім того, при високих концентраціях озону можливий додатковий цитотоксичний ефект, що носить НЕ сумарний характер з фотодинамічним).

Спосіб озоно-ФДТ здійснюється наступним чином. Пропонований озоноване розчин готують виходячи з традиційних принципів озонотерапії. Наприклад, безпосередньо перед сеансом ФДТ в 09%-ний розчин хлориду натрію об'ємом від 200 до 400 мл для внутрішньовенного введення протягом 10-20 хв подається повітряна суміш, що містить не менше 1 мг/м3 озону, до досягнення в останньому концентрації озону рівною 38 мкг /мл. Насичений озоном розчин хлориду натрію вводитьсявнутрішньовенно крапельним способом до або під час ФДТ, після введення фотосенсибілізатора. Далі виробляється ендоскопія трахеобронхіального дерева з послідовним його оглядом з метою встановлення локалізації пухлини, характеру її росту і поширеності супутнього запального процесу. Після огляду і аспірації надлишкового секрету до досліджуваної поверхні пухлини підводять лазерне випромінювання в червоному (або видимому) діапазоні спектра, наприклад Не-Ne-лазера потужністю 5-15 мВт, через волоконно-оптичний катетер, з'єднаний з багатоканальним оптичним спектроаналізатор. В процесі ендоскопії проводять одночасне вимірювання інтенсивності розсіяння опромінюваної тканини, що використовується для порушення власної флуоресценції, і вимір спектра флюоресценції в діапазоні 650-850 нм (при використанні видимого випромінювання - в діапазоні 530-650 нм), оцінюють ДК.

Потім через біопсійний канал бронхоскопа вводять волоконно-оптичний катетер (з кулястим або циліндричним дифузором), який призначений для проведення лікувального лазерного випромінювання від лазера Кr (647 нм) або Ar (514 нм). Щільність потужності лазерного випромінювання при сеансах ФДТ коливається від 100 до 1600 мВт/см2; енергетична експозиція - від 80 до 600 Дж/см2; тривалість опромінення - від 15 до 30 хв, в залежності від типу лазера. Після сеансу озоно-ФДТ повторно здійснюється флюоресцентної-спектроскопічний контроль.

Найбільш ефективно вирішується завдання підвищення лікувальної ефективності ФДТ при наступних характеристиках препаратів у використовуваних розчинах: фотосенсибілізатора - 0005-20 мг /кг; озон в розчині для системного застосування - 38 мкг /мл і більше; озон в розчині для місцевого введення - більше 38 мкг /мл.

Виконані в МЦ клінічні дослідження за 1998-1999 роки в області використання електрохімічної технології при лікуванні гнійно-запальної патології бронхолегеневої системи дозволяють рекомендувати для експерименту in vitro та in vivo інший режим озоно-ФДТ. Безпосередньо під час сеансу ФДТ рекомендується використовувати розчин, наприклад 09%-ний розчин хлориду натрію об'ємом від 200 до 400 мл, в режимі постійного барботування озонокислородной сумішшю із заданою концентрацією озону, що дорівнює 1200 мкг /л, що дасть можливість підтримувати постійну концентрацію озону , і вільних радикалів протягом усього сеансу ФДТ для досягнення оптимального лікувального ефекту.

Подальші клініко-експериментальні дослідження оптимізації режиму ФДТ з використанням хімічного фактора впливу визначать можливості як радикального, так і паліативного лікування найбільш складної групи хворих на рак легені, резистентних до відомих традиційних методів терапії.

Література

1. Баришев М. В. Лазерна флюоресцентна діагностика несенсибілізованих біотканин //Автореф. дис. канд. мед. наук. М., 1993.
2. Бірюков Ю. В., Астрожніков Ю. В., Русаков М. А., Єрьоміна Г. В., Гуреєва Х. Ф., Лопатіна О. П. Трахеобронхиальная ендоскопічна хірургія: Оглядова інформація. Вип. 5/ВНІІМІ. М., 1987.
3. Логінов Л. Є., Торшина Н. Л., Волкова О. І., Посипанова А. М. Озоно-фотодинамічної ефект в експерименті in vitro //VI Національний конгрес з хвороб органів дихання. Новосибірськ, 1996 с. 198.
4. Лощенов В. Б., Баришев М. В., Кузін М. І., Логінов Л. Є., заводний В. Я. Діагностика раку легенів і шлунку людини з власної флюоресценції. Патент РФ № 4955489/14 від 25. 06. 90 р.. 5. Aizava K. Endoscopic detection of hematoporphyrin derivative fluorescence in tumors. In: Lasers and Hematoporphyrin Derivative in Cancer. Tokyo. 1983: 21-24.
6. Alfano R. R. et al. Method for detecting cancerous tissue using visible native luminescence. US patent № 4 930 516 Jun. 5 1990. 7. Dougherty T. J. Photodynamic Therapy. Clinics in Chest Medicine, 1985; v. 6 № 2: 219-236.
8. Gelb A. F., Epstein J. P. Laser in treatment of lung cancer //Chest. 1984; 86: 662-666.
9. Loh C. S., Bedwell J., Robert AJ, Krasner N., Philips D., Bown C. G. Photodynamic therapy of the normal rat stomach: a comparative study between disulphonated aluminium phtalocyanine and 5-aminolaevuline acid //J. Cancer. 1992; 66: 452-462.
10. Loschenov V. B., Poleshkin P. V., Stratonnikov A. A., Torshina N. L. The spectroscopy analysis of tissues in vivo. SPIE Vol. 2370. Laser Applications in Life Sciences. 1994: 500-508.

Стаття опублікована в журналі Лікуючий Лікар



...


1 (0,0046)