课件：膀胱癌光动力学诊断及治疗.ppt

光动力学诊断及治疗,宋 晓 东 华中科技大学同济医学院 附属同济医院泌尿外科,前 言,定义 所谓光动力学即一种光敏化作用，是一种特殊的物质经光照射而引起所含这种物质增多的细胞内的反应过程。这种光敏化反应称为光动力作用 在医学上，光动力学可用于 Photodynamic Diagnosis PDD Photodynamic Therapy PDT,发展史简介,1900年德国Raab首次发现光和光敏剂的结合能够产生细胞毒性效应 此后数十年的发展历史中，由于早期开发的光敏剂存在着组分不明，对红光吸收少，皮肤光毒反应明显等到缺点，从而限制了这项医学新疗法在临床的推广 1993年4月19日加拿大卫生部在世界上首次正式批准了卟吩姆钠（porfimer sodium,Photofrin)应用于临床，PDT的基础研究和临床应用才得到广泛开展的关注，被认为是PDT发展史上的一个重要里程碑 之后，美国、日本、荷兰、挪威、德国、英国等国卫生部通过论证，确立了这一肿瘤新疗法的合法性,PDD&PDT原理,激光,基态光敏剂,激态光敏剂,物理退激,化学退激,+ O2,荧光,活性氧,诊断,治疗,PDD&PDT概念示意图,光敏药物,（HpD）,光源450nm,光源630nm,光敏剂,荧光,1O2,物理退激,化学退激,PDT的作用机理,光敏剂通过静脉注射（或局部给药）进入人体后患，在一段时间里会在肿瘤组织中形成相对高浓度积聚，此时用特定波长激光照射肿瘤组织，将激活其中的光敏剂分子，在肿瘤组织内引发一系列光化学反应，生成活性很强的单态氧，进而和生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒作用杀死肿瘤细胞,光动力杀灭肿瘤细胞的作用机理,细胞死亡,PDT,细胞 凋亡,细胞坏死,与质膜结合为主的光敏剂，大多引起细胞坏死 与线粒体亲和性强的光敏剂，常引起细胞凋亡 与溶酶体结合的光敏剂则常使溶酶体膜破坏，释放水解酶进入胞浆，也易引起细胞坏死,光动力学作用的两种反应机制,I型反应： PS + h 1PS （光敏剂分子 + 光子单线态激发态的光敏剂分子) 1PS 3PS （单线态激发态的光敏剂分子三线态激发态的光敏剂分子） PS *+ A PS + A* （激发态光敏剂分子 + 底物基态光敏剂分子 + 底物分子自由基）,光动力学作用的两种反应机制,II型反应： PS + h 1PS （光敏剂分子 + 光子单线态激发态的光敏剂分子） 1PS 3PS （单线态激发态的光敏剂分子三线态激发态的光敏剂分子） PS*+ O21O2 + PS （激发态光敏剂分子 + 基态分子氧单线态氧+基态光敏剂分子）,光动力疗法的特点：,优点： 选择特异性好，只杀伤肿瘤细胞，对正常组织和细胞影响小 微创性，无需手术，可经内窥镜可穿刺针插入进行介入治疗 可协同手术、放疗和化疗，耐受性好，无耐药性，可反复治疗 治疗设备操作简单，维护费用低,光动力疗法的特点：,不足： 激光在组织中的穿透力不足，一般1.5cm ，腔内肿瘤需经腔镜将光导纤维导入病灶部位照射 肿瘤体积较大，则需列阵点照射，较为繁琐，有些光敏剂治疗后需避强光1个月 有些患者在治疗数天内可能出现局部皮肤过敏反应 光敏剂过敏者及光导纤维不能到达的深部肿瘤不能用该法治疗,影响光动力疗法的因素,PDT作用的基础是光动力效应 影响光动力效应的因素主要有： 光敏剂 系首要因素 其优劣直接与疗效有关 照射光 波长 、功率密度、能量密度 氧 光敏剂得到光照射后，组织中的氧会迅速显著下降,光敏剂,光敏剂是指能吸收特定波长光的能量传递给周围分子，从而产生活性氧等毒性物质的一类化学物质 光敏剂作为PDT的三大关键要素之一，其性能在很大程度上直接决定了PDT的疗效和该疗法在临床的应用和推广,理想光敏剂的基本特征,组分明确 材料来源广泛，且易于化学合成 在没有光照的条件下毒性小 肿瘤细胞对其具有选择性吸收，即特异性高 单态氧的量子产率高 经人体新陈代谢快速排出体外，药物不良反应小 在人体内没有药物聚集现象 具有很好的光稳定性，光漂白效应不显著 最大吸收峰位于近红外，能获得足够的光学穿透深度,光敏剂的分类,根据化学结构和组成分为： 卟啉类，如Photofrin,ALA/PpIX,维替泊芬（苯并卟啉单酸环A，verteporfin,BPD-MA)等 叶绿素类，如二氢卟吩类（chlorins）,紫红素类（purpurins）,菌绿二氢卟吩类（bacteriochlorins）等 染料类，如酞菁类（phthalocyanine）,萘酞菁类（naphthalocyanine）等 按时间年限分为： 第一代光敏剂，通常界定为上世纪70年代末和80年代初的光敏剂 第二代光敏剂，上世纪80年代后出现的光敏剂 第三代光敏剂，正处于研究中，以解决生物相容性，特别是选择适合于光敏剂传输的药物传输系统（drug delivery systems,DDSs）为目标的光敏剂,商品化的光敏剂,光敏剂 商品名 治疗的病种 治疗波长（nm）,卟吩姆钠 Photofrin 子宫、呼吸道、食管、 630 Porfimer sodium 膀胱、胃癌，脑部肿瘤,维替泊芬 Visudyne 基底细胞癌 689 BPD-MA,替莫听芬 foscan 头颈部和胰腺肿瘤 652 temoporfin HPD(喜泊芬) 基底细胞癌 630,5-氨基酮戊酸 Levulan 基底细胞癌，头颈部肿瘤， 635 5-ALA 妇科肿瘤， 诊断脑部，头颈部和 375400 膀胱肿瘤,5-ALA-甲酯 Metvix 基底细胞癌 635 5-ALA-methyldsther,商品化的光敏剂,光敏剂 商品名 治疗的病种 治疗波长（nm）,5-ALA-苯酯 Benzvix 胃肠道肿瘤 635 5-ALA-benzylesther,5-ALA-己酯 Hexvix 诊断膀胱肿瘤 375400 5-ALA-hexylesther,罗他泊芬 Purlytin 皮肤转移性乳癌 664 rostaporfin 基底细胞癌 Kaposi肉瘤，前列腺癌,硼酸原卟啉 Npe6 脑部肿瘤 630 Boronated protoporphrin N-天冬氨酰二氢卟吩 N-Aspartyl-chlorin e6,金丝桃素 VIMRxyn 皮肤、银屑病 600 hypericin,等,5-ALA诱导的膀胱肿瘤光动力学诊断,PDD,背 景,膀胱癌发病率：泌尿系肿瘤第一位 生长特点：80%表浅生长、多中心发生 膀胱镜检查为主要诊治手段 不易发现微小扁平样早期病变，导致膀胱癌术后 易复发及进展,荧光染色膀胱镜原理：,癌肿染色 正常上皮不染色 在普通膀胱镜不易发现的原位癌或较小的癌肿，经膀胱内染色处理后很易辨认，结合活组织检查能提高早期膀胱癌的检出率,荧光染色膀胱镜发展史：,1960年代四环素族物质 1980年代亚甲蓝及血卟啉衍生物（HPD） 1990年代后5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）及其衍生物氨基酮戊酸己酯（HAL）、NBI,光动力学诊断,5-ALA诱导荧光的光动力学诊断原理：,膀胱腔内灌注ALA后，在蓝光（激发光）的照射下，肿瘤组织会呈现独特红色荧光，与正常黏膜区别开来，因此可大大提高肿瘤早期检出率,光动力学诊断设备,激发光源系统（D-LICHT系统） 荧光膀胱镜 CCD成像系统 摄像系统以及监视器,PDD系统示意图,激发光源,录像系统,图像整合系统,CCD成像系统,分光计,观察滤光器,石英导光纤维,脚踏切换装置,5-ALA诱导荧光的光动力学诊断过程,5-ALA膀胱灌注被肿瘤细胞摄取 在细胞内进行生物合成转变为荧光物质原卟啉（PpIX） 经波长为407nm的激光照射使该荧光物质发出红色荧光 肿瘤 红色 正常上皮 蓝色,操作方法,膀胱灌注5-ALA缓冲液23h后，在局麻或硬膜外麻醉下进行荧光膀胱镜检：灌洗液充盈膀胱，当膀胱壁无皱折时，变换白光及蓝光近距离垂直位观察膀胱壁，在蓝光下发现的红色区域即荧光阳性，可进行活检，并在荧光指导下可对肿瘤进行电切除,注意事项,灌注应保留至少30分钟，必要时可用解痉剂，药物保留不足15分钟或超过5个小时应重复灌注 观察最佳时间是灌注后23小时 观察时应注意膀胱黏膜要充分展开，否则可出现假荧光表现 荧光强度与照射距离呈负相关，应近距离观察，图像才会清晰明亮,注意事项,尿液及出血也可致使视野模糊不清，充分引流尿液、止血并保持术中灌流 为防止照射后图像脱色，操作荧光膀胱镜检查应快速，尽早切换到紫兰光模式，所有在白光实施的操作应该在最低可见的光强度，当检查必须被中断时则应暂时关掉D-LIGHT 由于PpIX荧光会有光漂白，对病变区域进行观察后应立即行活检、切除或凝固等,乳头状癌,蓝光下表现,白光下表现,原位癌,蓝光下表现,白光下表现,膀胱肿瘤旁卫星灶,蓝光下表现,白光下表现,出血性膀胱炎,瘢痕组织,慢性膀胱炎,蓝光下表现,白光下表现,膀胱颈正常阳性表现,蓝光下表现,白光下表现,尿液在蓝光下显示为绿色,荧光膀胱镜下电切,临床应用评价,PDD of urothelial carcinoma of the bladder versus WLC :sensitivity and specificity,作者，发表年份 病例数 光敏剂 敏感性 % 特异性% PDD WL PDD WL,Kriegmair.1996 104 ALA 96.9 72.7 66.6 68.5 Koenig.1999 55 ALA 87 84 59 _ Riedl,1999 52 ALA 94.6 76 43 - Filbeck。1999 120 ALA 96 67.5 35 66.4 Zaak,2002 713 ALA 97 _ 65 _ Grimbergen,2003 160 ALA 97 69 49 78 Hungerhuber,2007 875 ALA 92 76.3 41.4 _ Jichlinski,2003 52 HAL 96 73 43 43 DHallewin,2000 40(CIS) Hypericin 93 _ 98.5 _ DHallewin,2002 87 Hypericin 94 _ 95 _ SIm,2005 41 Hypericin 82 62 91 98,敏感性及特异性,临床研究,Hungerhuber报道迄今病例数最多的临床试验包括了1713例病人，取活检4630处，92%病变部位为PDD所发现，对照组白光膀胱镜（WL）为76%，其中43%的扁平原位癌只在PDD下被观察到 一个多中心临床试验，运用HAL的荧光膀胱镜与白光膀胱镜（WL）进行对照，相比WL，PDD在29%和15%的病人中，分别多观察到至少一个Ta和T1期病变。PDD对Ta和T1期病变的平均检出率为95%和95%，而WL仅为83%和86%，差异显著（P=0.0001）,临床研究,Fradet研究显示，58例病人的113处原位癌病变中，PDD检出率为92%，而WL检出率为68%，在42%的病人中，PDD单独检出原位癌病变 在Hungerhuber的研究中，活检组织存在38%的假阳性率，归因于电切术后膀胱炎症及疤痕的形成；Grossman的研究证实，PDD的平均假阳性率为39%，WL为31%,Filbeck等发现经5-ALA膀胱灌注后，代谢产物原卟啉主要沉积在代谢活跃的细胞中，这些组织可以是一些良性病变，包括正常增生的尿道上皮、炎性病变组织、鳞状化生组织、经尿道肿瘤切除术后的肉芽组织及非感染瘢痕组织。其中以炎性病变黏膜上皮的数量较多。,假阳性组织的荧光强度要低于膀胱乳头状瘤及癌变组织的荧光强度，因而可以通过荧光量化的方法用红蓝比来剔除假阳性病变以提高肿瘤检出敏感性及特异性 Hofstetter及Zaak选择1.43为阈值的红蓝比进行荧光膀胱镜检来提高诊断符合率,Junker等认为那些假阳性标本或许存在组织病理学尚未发现的癌前病变，他们用分子生物学技术，对荧光膀胱镜下所取的阳性标本，经病理学诊断分为良性病变及恶性病变，并取荧光阴性的标本做对照进行对比研究，发现荧光诊断阳性的标本多伴有基因的变异，如9号染色体遗传物质的缺失，5、8和11号染色体遗传物质的缺失或插入等，且端粒酶多呈激活状态,TUR后肿瘤残留率,结 论,5-ALA诱导荧光膀胱镜检对膀胱肿瘤有很高的敏感性，可用于膀胱肿瘤微小病灶的早期诊断 荧光膀胱镜肿瘤诊断特异性有待提高，量化荧光强度可区分良、恶性病变，从而提高荧光膀胱镜检对肿瘤诊断的特异性 几乎无光敏副作用,结 论,能发现原位癌及癌旁卫星灶，同时在荧光下可电切除，达到肿瘤切除的彻底性 FD-TUR较WL-TUR能有效降低肿瘤复发率 PpIX可作为肿瘤标志物来判断肿瘤生物学行为,进 展,N-Lange等发现HAL(5-ALA的己酯衍生物）在有效浓度低于ALA20倍时产生的PpIX的荧光密度仍为ALA的2倍 金丝桃素作为第二代光敏剂不仅对多种系细胞显示出较强的杀伤效应，而且还具有较高的荧光产率，其作为荧光诊断工具的可能性正处于研究中 目前窄带成像（Narrow Band Imaging,NBI）荧光膀胱镜 相关膀胱肿瘤的临床研究仍处于相对空白，仅有的研究表明，NBI内镜提高了对膀胱黏膜表面细微构造、毛细血管的观察，增强了微小病变和正常黏膜之间的对比，在诊断新发及早期复发的膀胱肿瘤方面优势明显,膀胱肿瘤的光动力学疗法,PDT,适 应 征,膀胱肿瘤电切术后的光动力学治疗 预防复发 晚期膀胱肿瘤的光动力学治疗 替代全膀胱术 姑息治疗 制止顽固性出血,肿瘤光动力治疗设备,膀胱镜 激光导光纤维及光纤的固定装置 激光强度测量器 充盈膀胱的光学介质 激光发生器（铜蒸气泵染料激光、YAG蒸气泵激光、半导体激光等）,光动力治疗的几种照光方法,球状纤维全膀胱照射,光敏剂给药途径,光敏剂的注入分为静脉给药和膀胱灌注, Xiao等用Photofrin和5-ALA不同的给药途径来治疗膀胱肿瘤,得出膀胱灌注能取得与全身静脉给药同样的治疗效果并且有更少的毒副作用,治疗方法,静脉给药： 静脉注射HPD(5mg/kg)后常规36小时、60小时、84小时行3次照射，经尿道置入柱状或球形激光光纤，激光功率设置为2.0W，以波长为633nm激光行全膀胱内照射30-60分钟。 静脉注射HPD应闭光1-4周,治疗方法,膀胱灌注给药： 将浓度为3%的5-ALA缓冲溶液50ml经尿管注入膀胱，尽量保留较长时间（至少30分钟），经尿道置入球形或柱状激光散射光纤，激光功率设置为2-3.9W，以波长为633nm激光行膀胱内照射30-60分钟。术后可不闭光,照射过程中须保持膀胱容量的恒定及避免膀胱出血,否则容量改变及血液吸收激光均对照射量产生影响。在照射时可用激光测量器测量光的强度，总光量应为直射光量的5倍。膀胱照射后通常留置Foley 导尿管，使膀胱松弛，有膀胱痉挛者可使用解痉药物。,光敏剂有良好的肿瘤聚集性，在一定的时间段内，肿瘤组织的浓度超过正常组织的1030倍 在足量无适宜波长的光照时，光敏剂对细胞并无损伤作用 PDT治疗时，激光的剂量并不能导致消融，因而肿瘤周围正常组织并无损伤,评价,Michael采用单次膀胱内注入法全膀胱照射PDT治疗难治性膀胱肿瘤的一个长期随访结果表明，完全缓解率可达44%，该组病人再复发平均时间为9.8月 Berger等采用5-ALA膀胱给药的光动力学疗法治疗复发表