光动力学疗法治疗恶性肿瘤

光动力学疗法治疗恶性肿瘤,北京军区总医院肿瘤科 刘慧龙,光动力概况,光动力学疗法（Photodynamic Therapy, PDT）概言之就是利用光源活化光敏剂进行疾病治疗的新方法，目前主要用于实体恶性肿瘤的治疗，也用于某些癌前病变和良性病变的治疗在美国光动力疗法已得到FDA批准，在加拿大（1993）、法国（1997）、荷兰（1997）、德国（1997）和日本（1997），分别被批准治疗不同恶性肿瘤被相关权威肿瘤治疗指南，如NCCN指南作为某些肿瘤的推荐治疗方法,什么是光动力,光动力疗法是一种光激发的化学疗法，光敏剂吸收光子的能量跃迁到激发态，受激发的光敏剂将能量传递给氧，产生一些氧化活性分子（radical oxygen species,ROS）。氧化活性分子通过氧化作用来攻击细胞结构，这种损伤可能是细胞膜或蛋白的氧化损伤，当氧化损伤的积累超过一定的阈值时，细胞便开始死亡,光动力杀伤细胞示意图,光动力疗法发展历程(1),早在1900年，Raab就发现了光动力学效应。1960年Lipson制备出血卟啉衍生物（HpD），并于1966年尝试性地应用于肿瘤PDT治疗1976年，Kelly用HpD-PDT治疗了一例复发的人膀胱癌，观察到PDT后病变组织坏死脱落，而周围的正常膀胱粘膜未受损伤1978年，美国纽约Roswell Park癌症研究所Dougherty领导的研究小组、1980年日本东京医科大学Hayata（早田义博）领导的研究小组对光动力学疗法进行了系统的临床研究,光动力疗法发展历程(2),1982年，国际抗癌联盟（UICC）首次将光动力专题列入第十三届代表大会议程，扩大了这项新技术的影响1984年，Roswell Park癌症研究所从HpD中分离出高效组分，命名为Photofrin （即后来商品化的PHOTOFRIN）。1986年，各国科学家在日本共同发起成立国际光动力学会（IPA），正式宣告又一个新兴学科的诞生。如今，在各相关学科的国际学术会议上，PDT经常成为会议重要议题,光动力学疗法在中国的概况,中国在PDT的基础研究和临床应用方面并不晚，而且完成的治疗病例非常多由于不重视PDT的基础研究，没有市场化的机构进行进一步研究使得经过最初的高潮之后进入随后而来的研究应用低谷近年来，随着新型激光器及光敏剂的出现，光动力疗法的研究应用有进入了一个新的高潮最近有多种国产光敏剂和激光器进入了临床研究阶段,PDT的作用机制和临床特性(1),在临床建议剂量下，光敏剂本身不具有细胞毒性，只有在氧参与下的光活化才会引发细胞毒性特定波长的激光照射使组织摄取的光敏剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧单态氧和相邻的多种生物大分子发生氧化反应，对细胞膜、线粒体、溶酶体等亚细胞结构造成不可逆的损伤，最终导致细胞死亡,PDT的作用机制和临床特性(2),光敏剂在光照下，首先跃迁到短寿命的单重态，然后经系间窜跃到寿命较长的三重态，光敏作用通常是通过光敏剂的三重态进行的型反应机制是光敏剂的三重态与底物发生电子转移或抽氢作用，产生底物和光敏剂的自由基或自由基离子，它们可进一步与周围的氧反应生成氧化物型机制是光敏剂的三重态与基态分子氧发生能量传递产生单重态氧。单重态氧是一种高反应活性的物质，它具有亲电性，能高效氧化生物分子。如和不饱和脂肪酸、蛋白质、核酸等反应,PDT的作用机制和临床特性(3),光敏剂注入患者体内后，会在肿瘤组织中形成相对较高的蓄积，尤其高分布于肿瘤组织的新生血管内皮上，所以光动力作用引起的血管损伤及由此导致的病变组织局部的缺血缺氧，在PDT的临床治疗机制中起着关键性的作用，并决定着PDT的选择性杀伤特性。这种光敏剂选择性在肿瘤组织蓄积和我们选择性针对病变组织照光一起构成了光动力疗法治疗肿瘤的双选择性（药物选择性富积和选择性光照激活）。,光敏剂在肿瘤组织富集的机制,肿瘤组织间隙较大肿瘤组织巨噬细胞多肿瘤组织脉管间隙大肿瘤组织淋巴回流差 肿瘤组织PH值低肿瘤组织胶原相对丰富肿瘤组织有丰富脂蛋白受体,PDT后组织病理变化,光动力疗法三要素,光敏剂光源组织氧浓度,光敏剂的概念,光敏剂是一种本身（或其代谢产物）能选择的浓集于要作用细胞的化学物质，它（或其代谢产物）在适当的波长光的激发下能产生光动力效应而破坏靶细胞光敏剂是光动力疗法的核心物质，光动力疗法从最初的建立，到不断的发展都是随着光敏剂的发现、发展而逐步的发展、完善的。光动力疗法的成功与否很大程度上依赖于光敏剂的的进展,光敏剂与一般抗癌药物的区别,光敏剂经注射进入人体以后，如果没有受到光照射，不会引发光动力学反应，产生细胞毒性在PDT治疗中，光照区的肿瘤组织，由于药浓度高、光剂量足，会产生强烈细胞毒性，受到严重破坏。但这种细胞毒性仅仅发生在光照区内，并不会向体内散逸一般抗癌药进入人体后无须外加条件便具有细胞毒性，不但对癌细胞如此，对正常细胞也如此，是一种全身性的毒性。这样不可避免地会对人体造成毒害，尤其是对造血系统和免疫系统的抑制光敏剂一定要和PDT激光设备联合使用才能对患者实施治疗，而一般化疗药的使用则无须专用设备,光源的选择,良好的光源是光动力治疗不可或缺的条件。在早期的光动力研究中人们采用的是普通光源。但是，随着激光的发明，人们在研究中逐渐开始采用激光作为光源。激光以其单色性好、方向性好、亮度高、相干性好的优点而有力的推动了光动力的研究 激光的出现有效的解决了体腔内治疗的光传输问题。现在应用光纤传输激光，不但光损失少，而且可控性良好,激光器,在光动力治疗中，激光的波长、功率密度和能量密度对治疗的效果有很大的影响随着光动力疗法的发展，各种光敏剂的出现，适用于不同光敏剂波长的激光器纷纷面世。但是，激光器的输出功率一定要在瓦级以上才能达到治疗效果现在应用在临床的有铜、金蒸气激光器、氩离子激光器、染料激光器、半导体激光器等等,Gold vapor laser金 蒸 气 激 光 器,diode lasers半导体激光器,波长的选择,不同的波长对组织有不同的穿透深度，波长越长穿透深度越深，所以在光敏剂的研制过程中人们总是追求吸收光谱的红移，以期增加治疗的深度，彻底杀伤肿瘤细胞波长不是人为设定的，我们必须注意一个基本问题，那就是激光器和光敏剂的波长匹配问题，否则临床疗效必然很受到很大影响,不同波长的穿透深度,由于生物体内红血球的存在和光散射等原因，不同波长的光对组织的穿透深度是不同的总的来说，波长越长对组织的穿透越深比如Photofrin的最大吸收在630nm，在此波长的光照射下，药物可以被活化。而这一波长的光穿透组织的深度0.5cm左右。如果波长是700nm深度就接近0.8cm，800nm的光可达1cm,组织氧浓度,在光动力反应中，氧是氧化活性分子的生成的必要反应物之一。所以，组织中氧含量的多寡直接影响到氧化活性分子的产量，也就影响到了光动力效应。有关PDT中氧的消耗问题在理论和实验中都得到了证实。有研究表明，在PDT的作用过程中型机制中起着更重要的作用，研究氧在PDT中的角色成为PDT研究的一个重要问题。,代表组织的单纯氧耗曲线，代表50mW/cm2光照射下组织的氧耗曲线，代表200mW/cm2光照射下组织的氧耗曲线,氧浓度曲线的分析,从上图我们可以看出，功率密度越大氧浓度就下降的越快。反之，功率密度越小氧浓度就下降的越慢。当功率密度大时，光动力反应的氧耗非常迅速，而毛细血管的氧运输来不及补充耗去的氧，所以杀伤效应和杀伤半径都较低功率密度的治疗组要差,氧浓度重要性的推测,在研究光动力对肿瘤的杀伤效应时，人们发现肿瘤血管的破坏是光动力的很重要的效应之一不难想象血管中的氧浓度要远远高于肿瘤组织中氧的浓度，这可能是氧在光动力治疗中起重要作用的有力佐证当然一旦肿瘤组织的血管被破坏，血供即停止，氧的补充也就停止了此外，血管内皮细胞富集光敏剂也是血管破坏的重要原因,我科光动力治疗上消化道癌情况,应用半导体激光PDT治疗56例上消化道癌患者男性37例 ,女性19例 ,年龄最小28岁，最大92岁，中位年龄 68岁食管鳞癌26例，食管鳞腺癌3例，贲门腺癌14例，胃腺癌13例,光动力治疗基本步骤,(a) 光敏剂过敏试验(b) 肿瘤患者静脉应用光敏剂(c) 一段时间后光敏剂在肿瘤组织中富集(d) 应用适当波长的光源针对肿瘤组织照光(e) 注意避光，防止日光灼伤,光敏剂注射给药,一段时间后光敏剂在肿瘤局部富集,肿瘤局部照光治疗,肿瘤被选择性的破坏,光动力治疗示意图,激光器和光敏剂情况,630-PDT 半导体激光器由DIOMED LTD制造，波长 630nm. 输出功率2000mW光敏剂为PHOTOFRIN,治疗参数,PHOTOFRIN剂量: 2-3mg/kg光剂量: 1-1.5W, 100-300J/cm给药照光间隔时间: 24-72h通过内镜及光导纤维传输光源,疗效评价 (1),我们设定的食管、贲门、幽门癌及上消化道癌术后吻合口复发梗阻标准：O度：患者无任何进食哽噎感；I度：进食基本正常，但有异物感或摩擦感；II度：进食有停滞或哽噎感，只能进半流食；III度：进食明显梗阻，可勉强进流食；IV度：完全梗阻，不能进食。,疗效评价 (2),完全效应 (CR) :肿瘤完全消失，活检病理阴性，梗阻程度降到0度，持续 1个月以上；明显效应 (PR) :梗阻程度降低1度以上，但未达到CR标准，并持续 1个月；稍有效应 (MR) : 进食情况有改善，但梗阻程度降低不足1度，并持续 1个月；无效 (NR) :肿瘤无变化，梗阻程度无减轻,PDT前后梗阻程度缓解情况,参照我们的梗阻程度分级：56例患者中，16人梗阻程度降低1度，17人降低2度，6人降低3度，平均降低1.21度,不同部位肿瘤的疗效情况,PDT 相关不良反应,a. 过敏反应b. 发热c. 胸骨后疼痛d. 病灶局部水肿e. 食管漏f. 皮肤光敏反应,病例1（食管癌）,Before treatment,After treatment,病例2（食管癌）,Before treatment,After treatment,病例 3（食管癌）,Before treatment,After treatment,病例 4（食管癌）,Before treatment,After treatment,病例5（胃癌）,Before treatment,After treatment,我科光动力治疗体表肿瘤情况,1998.9月-2006.4共收治了30例皮肤恶性肿瘤患者，男性18例，女性12例。年龄26-81岁，平均55.6岁，中位年龄55岁。皮肤基底细胞癌6例，皮肤鳞状细胞癌4例，皮肤黑色素瘤3例，乳腺外pagets病5例，乳腺癌皮肤转移6例，舌鳞癌2例。胃癌皮肤转移、直肠癌皮肤转移、皮肤血管肉瘤及阴茎癌各1例。,临床疗效,本组30例患者，14人共行1个疗程PDT，9人行2个疗程PDT，5人行3个疗程PDT，2人行4个疗程PDT30例患者中，CR 15例 (50 %)，PR 10例(33.3%)，NR