Содержание к диссертации
1.1; История фотодинамической терапии. 15 1.2. Механизмы селективного накопления фотосенсибилизаторов
в опухоли. 20
1.3'. Механизмы разрушения опухоли при фотодинамической терапии. 23
Клинические испытания новых фотосенсибилизаторов. 47 ГЛАВА 21 Материалы и методыисследования 55
Аппаратура и методы обследования. 74 Результаты! исследования, 86 ГЛАВА 3. Флуоресцентная диагностика (ФД) 86 3;1. ФД при приеме Аласенса внутрь 87 3.1.1*. Разработка режимов ФД 87
Методика ФД при приеме Аласенса внутрь 100 3:1.31 Результаты ФД опухолей пищеварительного тракта 102 3.1:4. Результаты ФД базально-клеточного рака кожи 105 3.2. ФД при ингаляционном введении Аласенса 109 3.2.1. Разработка режимов ФД. 109
Результаты изучения кинетики тканевого распределения
Аласенс - индуцированного 11IX в опухоли и нормальных тканях 109
Определение оптимальной дозы Аласенса 116 3:2.2. Методика ФД при ингаляционном введении Аласенса 117
Результаты ФД опухолей верхних дыхательных путей 119 ГЛАВАМ. Фотодинамическая терапия (ФДТ)- 128 4:1. Разработка режимов ФДТ. 130
4.1.4. Результаты изучения кинетики тканевого распределения препарата
Радахлорин в опухоли и нормальных тканях. 137
Результаты изучения кинетики внутритканевого распределения Аласенс-индуцированого ШПХ в опухоли и нормальных тканях
при приеме Аласенса внутрь 142
Методики ФДТ 144
Результаты ФДТ 148 4.3.1. Результаты ФДТ начального рака дыхательных путей
и пищеварительного тракта 148
Показания и противопоказания к проведению ФДТ 165 Заключение 166 Выводы 182 Практические рекомендации 183 Приложение 187 Список литературы 209
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.
ФД - флуоресцентная диагностика.
ФДТ - фотодинамическая терапия.
ПП1Х - протопорфирин IX.
5-АЛК — 5-аминолевулиновая кислота.
ИЛ - интерлейкин.
ЛТ - лучевая терапия.
ДЛТ - дистанционная лучевая терапия.
ДТП - дигематопорфириновый эфир.
ХТ — химиотерапия.
ОРПП - одномоментная резекция и пластика пищевода.
8 - коэффициент экстинкции.
'Ог — синглетный кислород.
ПГП - производное гематопорфирина
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
Проблема борьбы со злокачественными новообразованиями остается одной из приоритетных для современного общества. По прогнозам ВОЗ за 1999-2020 гг. заболеваемость и смертность от онкологических заболеваний во всем мире возрастет в 2 раза: с 10 до 20 млн. новых случаев и с 6 до 12 млн. регистрируемых смертей. В России в 2004 году прирост показателя заболеваемости злокачественными новообразованиями по сравнению с предыдущим годом составил 2,8%, по сравнению с 1994 г. - 12,7%. При этом, лишь 0,7% новых случаев рака диагностированы в стадии in situ, 43,3% - в I—II стадии, 24,8% - в III стадии, 23,3% - в IV стадии заболевания, стадия не установлена - в 7,9% наблюдений (В.И. Чиссов, В.В. Старинский и др., 2005).
В связи с выше изложенным приоритетным направлением развития науки в настоящее время является разработка и внедрение высокотехнологичных методов ранней диагностики рака различных локализаций и поиск новых методов лечения злокачественных опухолей, основанных на использовании -последних-достижениймедицинских технологий.
Одним из перспективных направлений для решения-данных задач является разработка методов флуоресцентной диагностики (ФД) и фотодинамической терапии (ФДТ) злокачественных опухолей.
Методы ФД и ФДТ основаны на способности ряда лекарственных препаратов (фотосенсибилизаторов) избирательно накапливаться в опухолевой ткани и при взаимодействии с излучением света определенной длины волны инициировать (в зависимости от длины волны и мощности излучения) два варианта ответа: флуоресценцию при испускании кванта света в результате перехода молекулы фотосенсибилизатора с одного на другой энергетический уровень либо повреждение и/или разрушение структур опухоли за счет запуска цепи фотохимических реакций в присутствии кислорода, связанных с повышенным радикалообразованием.
Первые публикации по использованию метода флуоресцентной диагностики у онкологических больных относятся ко второй половине прошлого столетия и посвящены клиническому опыту применения
фотосенсибилизаторов из класса производных гематопорфирина (Rassmussan- Taxdal S., Ward G.E., 1955; Lipson R.L., 1961). В настоящее время наиболее перспективным препаратом для ФД является предшественник эндогенного фотосенсибилизатора протопорфирина IX (1Ш1Х) — 5-аминолевулиновая кислота (5-АЛК). Метод основан на преимущественном синтезе в опухолевых клетках эндогенного флуорохрома 111 1IX при местном или системном введении 5-АЛК. Эффективность данного метода определяется высокой флуоресцентной контрастностью опухоль/норма, равной в среднем 12/1, что позволяет выявлять участки повышенного накопления ПП1Х, в том числе и скрытые очаги предрака и раннего рака на поверхности кожи или слизистой оболочке полых органов, а также уточнять границы опухолевого поражения на различных этапах диагностики, лечения и/или интраоперационно. Применение ФД с 5-АЛК для диагностики предрака (дисплазия III) и раннего рака различных локализаций, по данным многих авторов, является высокоэффективным методом, чувствительность, и специфичность которого составляет: при центральном раке легкого — 82-92% и 62-86% соответственно (Pichler J., Stepp H:, Baumgartner R. et al., 1999; Piotrowski WJ. et al., 2004); при раке желудка - 85-100% и 51-70% (Gosser L., Stepp H., et al., 1998; Mayinger В. et al., 2001; Endlicher E. et al., 2001), —при раке мочевого-пузыря - 87-100% и 54-68,5% (Kriegmaier M., Baumgartner R. et al., 1994; Koenig F. et ail., 1999; D'Hallewin M. et al., 1998; Ehsan A. et al., 2001), при опухолях прямой кишки - 43-100% и 62-73% (Endlicher E. et al., 1999).
При проведении сеансов ФД различные авторы используют либо аппаратуру для визуального определения флуоресценции 5-АЛК- индуцированного ПП1Х (Pichler J., Stepp H., 1999;. Ehsan A. et al., 2001; Baumgartner R. et al., 2004), либо аппаратуру для регистрации спектров флуоресценции данного флуорохрома (Харнас С.С., Лощенов В.Б., 2000; Беляева Л.А., Адамян Л.В., 2004). Нам не встретилось работ по сочетанному использованию этих двух методов регистрации флуоресценции.
Первые попытки клинического применения метода фотодинамической терапии для лечения онкологических больных были предприняты в 1903 г. Н. Tappeiner и A. Jesionek всего лишь через несколько лет после открытия феномена ФДТ. Однако начало широкого использования метода в клинической онкологии относится к концу семидесятых годов прошлого столетия (Kelly J.F.
and Shell M.E., 1976; Dougherty T.J., Kaufman J.E., Goldfarb A. et al., 1978; Kato H., Konaka C., Nishimiya et al., 1985; Hayata Y., Kato H., Okitsu H., et al., 1985), в том числе в России метод применяется в клинике с 1992 г. (Соколов В.В:, 1993; Странадко Е.Ф., 1993; Харнас С.С., 1996). Длительное отсутствие опыта клинического изучения методов ФД и ФДТ было связано с высокой стоимостью зарубежных фотосенсибилизаторов порфиринового ряда, которые до настоящего времени являются наиболее распространенными препаратами для ФДТ, а также отсутствием отечественных фотосенсибилизаторов и лазерной аппаратуры.
За прошедшие неполные тридцать лет в мире накоплен значительный опыт применения ФДТ в онкологии, существует значительное число публикаций, посвященных анализу эффективности проведенного лечения в различных группах больных в зависимости от локализации новообразований.
Отмечена высокая эффективность ФДТ при- лечении злокачественных опухолей: базально-клеточного рака кожи, поверхностного плоско клеточного рака, внутрикожных метастазов рака молочной железы и меланомы, центрального рака легкого, рака пищевода, желудка, JIOP-органов, шейки матки, мочевого пузыря, толстой и тонкой кишки (Carruth J.А. 1990; Nseyo U. 1998; Kato H. 1996; Lightale~C:L I995f BiefМГ1996) и: др.; предопухолевых заболеваний: пищевода Барретта, дисплазии шейки, матки (Overholt B.F. 1997, Thorpe J.A., Foroulus С. 2005, Ebert Т., Arnholdt Н. et al. 2005, Kim S J., Lee S.Y. et al. 2005) и др.; неопухолевых заболеваний: вирусассоциированных фоновых заболеваний в гинекологии, вирусассоциированного папилломатоза гортани, гастрита, ассоциированного с инфекцией Helikobacter pylori, возрастной макулярной дегенерации сетчатки (Matios К., Pius Wyss M.D:, 1996; Han S.I., Ahn W.S., Kim D.W., 2005; Debefve E., Pegaz B. et al., 2005) и др.
В последние годы появились- публикации по применению интраоперационной ФДТ при опухолях головного мозга (Кауе A., Papovic Е. et al., 1996; Muller et al., 2001), опухолевой диссеминации по брюшине и плевре (Pass Н., 1995.; Takita Н., 1995.; DeLaney T.F., 1993).
В» настоящее время клиническое применение метода во всем мире основано преимущественно на использовании одного класса фотосенсибилизаторов - производных гематопорфирина. Применение в клинической онкологии для ФДТ других классов фотосенсибилизаторов - фталоцианина алюминия, хлоринов или предшественников эндогенных фотосенсибилизаторов является малоизученной проблемой.
Развитие и совершенствование методов ФД и ФДТ в клинике осуществляется по двум приоритетным направлениям: разработка и внедрение в практику новых фотосенсибилизаторов, отвечающих требованиям онкологов, а также совершенствование методик ФДТ с использованием фотосенсибилизаторов, уже разрешенных к клиническому применению.
Развитие второго направления — разработки новых методик с использованием разрешенных фотосенсибилизаторов возможно лишь после глубокого и всестороннего изучена особенностей фармакокинетики и особенностей внутритканевого распределения препаратов в организме онкологических больных. Не существует работ, посвященных изучению-данной проблемы.Основное внимание на пути совершенствования методов уделяется поиску новых фотосенсибилизаторов. "Идеальные" фотосенсибилизаторы, на разработку которых направлены усилия ученых многих стран, должны отвечать следующим требованиям: возбуждение в более длинноволновой области спектра, быстрая! фармакокинетика^ низкая темновая токсичность, высокий квантовый выход синглетного кислорода, высокая селективность накопления и контрастность'ЁГо!!^ Ак,.2000; Миронов^ А.Ф*, 1998; Лукьянец Е.А.,
2004). При этом в настоящее время несколько классов фотосенсибилизаторов второго поколения разрешены для клинических испытаний и находятся на различных фазах клинического исследования. Это препарат из группы фталоцианинов ("Фотосенс", Россия), препараты на основе 5-АЛК ("Аласенс", Россия, "Левулан", США, "Метвикс", Норвегия), фотосенсибилизаторы хлоринового ряда ("Радахлорин", "Фотодитазин", Россия; "Фоскан", Англия; "ЫРсб", Япония; "Фотолон", Беларуссия), производное бензопорфина ("Вертепорфин", "Визудин", Канада) и др. Для клинического использования данных препаратов применяются методики, разработанные на экспериментальных моделях при проведении доклинических испытаний (доза препарата, временной интервал между введением препарата и лазерным облучением опухоли, доза света). Однако если решение задачи скрининга и определения активности, переносимости и токсичности новых фотосенсибилизаторов является правомерным для экспериментальных моделей (Якубовская Р.И., 2004), то результаты изучения фармакокинетики фотосенсибилизатора, определение его оптимальной диагностической и терапевтической дозы, временного интервала между введением препарата и сеансом ФД и/или ФДТ на животных не могут быть полностью перенесены в клиническую практику вследствие существенных различий в метаболизме, в функционировании органов детоксикации и выделения, несопоставимых массе тела и объеме циркулирующей крови, и, как следствие, различной скорости и характере биораспределения фотосенсибилизаторов в организме экспериментальных животных и человека, и требуют дополнительного изучения и уточнения.
Внедрение в нашей стране в 1992 г. методов ФД и ФДТ в клиническую онкологию, а также первые, в ряде случаев неудовлетворительные результаты их использования, связанные с применением неправильных режимов, которые были определены на основании данных доклинических исследований (неадекватная доза фотосенсибилизатора, неправильно выбранный интервал между введением препарата и сеансом лазерного облучения опухоли и др.), кроме того, наличие в настоящее время разрешения ФК РФ на клиническое применение отечественных фотосенсибилизаторов четырех различных классов обусловили необходимость в разработке методологических подходов к изучению в клинике новых "фотосенсибилизаторов для ФД~и ФДТ, а также разработки методик и уточнения оптимальных режимов проведения. ФД и ФДТ с отечественными препаратами.
Цель работы:
Методологическое обоснование, разработка и совершенствование методов флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии для улучшения диагностики и лечения онкологических больных.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
Разработать методологические подходы к клиническому изучению и внедрению новых фотосенсибилизаторов для флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии злокачественных опухолей.
Разработать методики флуоресцентной диагностики с отечественным препаратом Аласенс при различном способе его введения (ингаляция, прием внутрь).
Оценить чувствительность и специфичность методик флуоресцентной диагностики с препаратом Аласенс опухолей различных локализаций.
Разработать методики и уточнить режимы фотодинамической терапии на основании изучения кинетики тканевого и внутритканевого распределения отечественных фотосенсибилизаторов различных классов (Фотогем, Фотосенс, Радахлорин, Аласенс-индуцированный 111 ИХ) в опухоли и окружающей неизмененной ткани.
Оценить эффективность разработанных методик фотодинамической терапии у больных начальным раком верхних дыхательных путей и пищеварительного тракта.
Оценить эффективность разработанных методик фотодинамической терапии в группе больных со стенозирующим раком пищевода и желудка.
Определить показания и перспективы развития органосохраняющего лечения онкологических больных с использованием методов флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии.
Научная новизна 'г' *
В работе впервые разработаны методологические подходы к изучению фотосенсибилизаторов для ФД и ФДТ в клинической онкологии, даны > методические обоснования для проведения ФД и ФДТ с отечественными1'' фотосенсибилизаторами у онкологических больных.
Впервые разработаны методики ФД с отечественным препаратом Аласенс: определены оптимальные дозы препарата и срок проведения сеанса ФД после введения препарата различным способом (прием внутрь, ингаляция). Изучена фармакокинетика и скорость выведения Аласенс-индуцированного 111 ИХ из организма онкологического больного при различном введении Аласенса. Оценена эффективность разработанных методик при проведении ФД опухолей верхних дыхательных путей, верхних отделов пищеварительного тракта и базально-клеточного рака кожи. Предложена методика комбинации визуальной оценки флуоресцентного изображения- и локальной флуоресцентной спектроскопии при ФД опухолей верхних дыхательных путей. Определена чувствительность и специфичность методик ФД с препаратом Аласенс, а также их эффективность в диагностике скрытых очагов дисплазии и раннего рака указанных локализаций. Изучен уровень накопления Аласенс-индуцированного 111 ИХ при различных заболеваниях органов дыхания и пищеварительного тракта.
Впервые дано обоснование для использования фотосенсибилизаторов различных классов и выбора оптимальных схем ФДТ в результате клинического изучения кинетики тканевого и внутритканевого распределения препаратов.
Впервые для изучения кинетики тканевого5 и внутритканевого распределения фотосенсибилизаторов в опухоли и неизмененных, окружающих опухоль, тканях применена комбинация* методов локальной флуоресцентной спектроскопии, визуального изучения флуоресцентного изображения и флуоресцентной микроспектроскопии.
Впервые изучены особенности кинетики внутритканевого и внутриопухолевого распределения фотосенсибилизаторов четырех классов (Фотогем, Фотосенс, Радахлорин, Аласенс-индуцированный ПП1Х) методом флуоресцентной микроспектроскопии, у онкологических больных, что позволило определить мишени* фотодинамического воздействия и соответственно уточнить механизмы деструкции опухоли в результате ФДТ и обозначить подходы к управлению данными механизмами при планировании
ФДТ.
Разработаны методики, уточнены режимы ФДТ. Определены показания и противопоказания к проведению. ФДТ. Оценена эффективность разработанных методик ФДТ раннего и местно-распространенного рака верхних дыхательных путей и пищеварительного тракта.
Научно-практическая значимость
В результате научного исследования' разработаны методики ФД и ФДТ злокачественных опухолей с отечественными фотосенсибилизаторами четырех классов (Фотогем, Фотосенс, Радахлорин, Аласенс-индуцированный ПП1Х). Определены показания и противопоказания к их использованию. Разработаны методические рекомендации для внедрения данных методов в широкую клиническую практику.
Разработанные методики внедрены в практику онкологических диспансеров различных городов России (Москва, Самара, Воронеж, Санкт- Петербург, Тюмень, Курск, Тула, Кострома, Оренбург, Великий Новгород).
Положения, выносимые на защиту
Разработанная методология изучения новых фотосенсибилизаторов для ФД и ФДТ в клинической онкологии позволяет не только сократить сроки проведения этапов клинического изучения препаратов и разработки оптимальных методик ФД и ФДТ, но и сократить число возможных осложнений.
С использованием данных методологических подходов разработаны методики ФД с препаратом Аласенс при различном способе введения (прием внутрь, ингаляция). ФД с препаратом Аласенс является эффективным методом диагностики злокачественных опухолей, позволяющим не только уточнить границы опухолевого поражения, но и выявить скрытые очаги раннего первичного и рецидивного рака на поверхности слизистой оболочки полых органов и кожи.
Возможность применения ФДТ в группе инкурабельных по соматическому статусу или распространенности опухолевого процесса больных позволяет сократить контингент пациентов, которым ранее было отказано в проведении противоопухолевого лечения.
ФДТ является эффективным методом органосохраняющего лечения- больных с начальными формами рака верхних дыхательных путей и пищеварительного тракта и может быть методом выбора, в особенности у больных преклонного возраста с тяжелой сопутствующей патологией.
Применение ФДТ в группе инкурабельных больных со стенозирующей опухолью пищевода и кардии позволяет восстановить естественный режим питания, улучшить качество и увеличить продолжительность жизни, способствует медико-социальной реабилитации пациентов.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены на II Всероссийском симпозиуме "Фотодинамическая терапия злокачественных новообразований" (Москва, 1997), научно-практической выставке "Дни Москвы в Вене" (Вена, 1999), конференции "Современные методы флюоресцентной диагностики, фото динамической и лазерной терапии" (Обнинск, 2001), Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы
онкопульмонологии" (Мурманск, 2002), II Всероссийской научно-практической
конференции с международным участием "Отечественные: противоопухолевые препараты" (пос. Московский, 2003), 10 Congress of the European Society for Photobiology (Vienna, Austria, 2003), 9-й Российской гастроэнтерологической неделе (Москва, 2003), XIII Национальном конгрессе по болезням органов дыхания (Санкт-Петербург, 2003), IV съезде Российского общества гастроэнтерологов (Москва, 2004), II ежегодной Российской научно- практической конференции "Торакальная онкология-1 (Краснодарский край, пос. Ольгинка, 2004), III съезде онкологов и радиологов СНГ (Минск, 2004), 10 World Congress of the International Photodynamic Association (Munich, Germany, 2005), VI Всероссийском съезде онкологов (Ростов-на-Дону, 2005).
Работа обсуждена на заседании апробационной комиссии ФГУ "МНИОИ им. П.А. Герцена Росздрава", в состав которой входили врачи отделений эндоскопии, гинекологии, торакальной хирургии, торакоабдоминальной онкологии, ультразвуковой диагностики, опухолей головы и шеи, общей хирургии, прогноза эффективности противоопухолевого лечения, модификаторов, и протекторов противоопухолевой терапии опухолей, патоморфологии, онкоцитологии. ,
Результаты исследования использовались в проведении практических занятий и лекций для слушателей циклов усовершенствования врачей на, кафедре онкологии Ф11НО ММА, а также для врачей, проходящих обучение на базе Центра лазерной и фото динамической диагностики и терапии опухолей МЗ РФ.
Публикации
По результатам исследований опубликовано 45 научных работ, из них .21 статья (в том числе 8 - в зарубежной печати и 9 — в российских рецензируемых журналах), 4 методические рекомендации МЗ РФ и 2 пособия для врачей. Основные положения работы защищены 5 патентами на изобретение.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 2 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа изложена на 235 страницах машинописного текста, содержит 54 таблиц, 53 рисунков, 17 фотографий, 21 эндофотограмм. Список литературы включает 39отечественных и 196 зарубежных литературных источников.
