دانلود :بهبود دوزيمتري در فتودايناميك تراپي  (PDT)با استفاده از مدل سازي  و فلوئورسانس اسپكتروسكوپي  

مقدمه

1-1       معرفي فتودايناميك تراپي

فتودايناميك تراپي[1] (PDT)، شيمي درماني همراه با فعال سازي اپتيكي دارو است اما بر خلاف شيمي درماني كه تأثيرات سيستميك دارد، PDT داراي تأثير موضعي است و از اين لحاظ بيشتر شبيه يك جراحي يا راديوتراپي است تا شيمي درماني [2،1].

عناصر اصلي در درمان PDT عبارتند از: دارو، نور و اكسيژن. همان طور كه در شكل 1-1 نشان داده شده است، داروي حساس كننده نوري[2] با جذب فوتون تابشي، فعال شده و از حالت پايه به حالت برانگيخته منتقل مي شود. مولكول برانگيخته با اكسيژن مولكولي موجود درون سلول واكنش داده و راديكال هاي اكسيدكننده كه معمولاً اكسيژن يگانه[3] مي باشند توليد مي كند. سپس راديكال هاي اكسيدكننده به ساختارهاي سلولي حمله كرده و از طريق مكانيزم اكسايشي به آنها آسيب وارد مي كنند. چنين  آسيبي از طريق تخريب بافت[4] منجر به مرگ سلولي مي شود [6-1].

شكل 1-1: اصول كلي حاكم بر فرآيند درماني PDT [1‍].

1-1-1  تاريخچه مختصري از PDT

همان طور كه مطرح شد، فتودايناميك تراپي يك روش درماني مبتني بر استفاده از داروي حساس كننده نوري همراه با تابش نور به منظور تخريب تومورهاي سرطاني و ضايعات خوش خيم است. دارو که معمولاً در غياب نور فاقد اثر تخريبي بر روي بافت مي باشد، به شكل سيستميك (تزريق در عروق خوني) و يا موضعي، چند ساعت يا چند روز قبل از درمان مصرف مي شود. در زمان درمان، بافت هدف توسط نور مرئي يا مادون قرمز نزديك[5] با طول موجي متناسب با طيف جذب حساس كننده نوري (دارو) تحت تابش قرار مي گيرد. فعال سازي دارو بوسيله نور منجر به توليد فرآورده هاي شيميايي سمي و نهايتاً موجب تخريب ضايعه مورد نظر مي گردد. اگرچه PDT به طور كلينيكي در چند دهه اخير مورد استفاده قرار گرفته است اما تحقيقات در زمينه واكنش فتودايناميك تاريخچه طولاني دارد. اولين گزارش ها در زمينه واكنش هاي فتوشيميايي فرآيند PDT در اواخر قرن نوزدهم مطرح شدند، زمانيكه راب[6] و وان تپينر[7] مشاهده كردند كـه تركيب نـور و آكريدين نارنجي رنگ منجر به مرگ پارامسي ها شدند. پس از آن وان تپينر نخستين درمان فتودايناميك را بر روي تومورهاي پوست انسان با استفاده از ائوزين[8] در سال 1903 انجام داد [3]. بر خلاف انتظار، PDT مدت طولاني مورد اقبال جامعه تحقيقاتي پزشكي قرار نگرفت تا اينكه در سال 1960 محققين در كلينيك مايو[9] نشان دادند كه تزريق هماتوپورفيرين به طور برجسته اي باعث فلوئورسانس تومورها مي شود [3]. اين امر نويدبخش توسعه حساس كننده هاي نوري جديدي شد كه به طور مشخص بافت سرطاني را مورد هدف قرار مي دهند. در بين اين داروها تركيبي از پورفيرين ها موسوم به مشتقات هماتوپورفيرين[10] (HPD) كاربرد فراواني يافت. نوع تصفيه و خالص شدة HPD فتوفرين[11] نام دارد كه يكي از پركاربردترين حساس كننده هاي نوري در كاربردهاي كلينيكي PDT است [4]. در اواخر دهه 1970 اولين مطالعات كلينيكي گسترده PDT بر روي انسان و با استفاده از HPD به منظور درمان تومورهاي مثانه و پوست انجام شد. از آن زمان به بعد، PDT با استفاده از فتوفرين براي درمان ضايعات پوستي، مثانه، مري و ريه مطرح گرديد [4،3]. فتوفرين در حال حاضر در آمريكا و اروپا براي درمان سرطان برونشيال، مري و ريه و در برخي كشورها نيز براي سرطان رحم و مثانه به ثبت رسيده است [5]. نسل جديد حساس كننده هاي نوري فاقد محدوديتهاي فتوفرين و HPD هستند: فتوفرين و HPD هر دو باعث حساسيت پوستي طولاني مدت نسبت به نور مي شوند، طول موج هاي كوتاهتر از طول موج هاي انتقال بهينه نور در بافت را جذب مي كنند و همچنين با توجه به اينكه مخلوطي از تعداد زيادي پورفيرين مختلف هستند، تغيير در مقدار هر يك از آنها مشكل ساز مي باشد [6]. آمينولاويولينيك اسيد[12] (ALA) يكي از داروهاي پركاربرد در زمينه PDT است. در واقع ALA خود يك حساس كننده نوري نيست اما منجر به توليد حساس كننده نوري پروتوپورفيرين[13] IX (PpIX) در داخل بدن موجود زنده مي شود. PpIX القا شده توسط ALA سريعتر از فتوفرين از پوست دفع مي شود، علاوه بر اين ALA به شكل موضعي نيز استعمال مي گردد كه در اينصورت حساسيتهاي ناخواسته به نور را كاهش مي دهد [7-5]. كاربرد ALA براي درمان BCC [14]و AK [15]  توسط FDA  تأييد شده است. همچنين در آزمايشات كلينيكي، در درمان سرطان هاي مختلف پوستي و شرايط خوش خيم پوستي از پسوريازيس[16] گرفته تا زگيل هاي ويروسي[17] مؤثر بوده است [8،7]. به همين منظور در اين رساله تأكيد بر كاربرد PDT با استفاده از ALA مي باشد. در حال حاضر نيز مجموعه وسيعي از ساير كاربردها در مرحله آزمايشات كلينيكي مي باشد. در اين زمينه مي توان به درمان سرطان پروستات، بيماري هاي پوستي، تومورهاي مغزي و سرطان روده اشاره نمود [10، 9، 2].

1-1-2   مزایا و معایب فتوداینامیک تراپي

از جمله مزایاي فتودايناميك تراپي مي توان به موارد زير اشاره نمود:

1- نشاندار نمودن ضايعه: در اين روش درماني عليرغم اينكه معمولاً دارو به شكل سيستميك مصرف مي شود اما با توجه به اينكه فعال شدن دارو منوط به تابش نور مي باشد، بنابراين با تابش موضعي نور در زمان مناسب مي توان بدون آسيب به بافت هاي نرمال اطراف، ضايعه را تخريب نمود.

2- عدم نیاز به بیهوشی : این درمان بدون بیهوشی انجام می شود و لذا در مواردی که بیمار به دلیل برخي بیماری ها از جمله بیماری های قلبی یا ریوی، تحمل بیهوشی یا جراحی با درد مختصر را ندارد می تواند کمک کننده باشد [9، 8، 6].

3- قابلیت تکرار درمان : بر خلاف رادیوتراپی که تکرار درمان اغلب با مشکلات عدیده ای روبرو است این روش درمانی را می توان بارها برای درمان در یک منطقه بکار برد [9،8، 6] . توجه به این نکته که اغلب تومورهای سرطانی، بیماری های عود کننده بوده و درمان موارد عود بیماری، گـاه از درمـان بیماری اولیه مشکل تر است اهمیت این مزیت را بیشتر نشـان می دهد.

4- نتایج مطلوب در زمينه زيبايي : انجام PDT در تومورهای پوستی با کمترین میزان لك و پيس همراه است و در اغلب موارد نیاز به انجـام جراحی های ترمیمی وجود ندارد [9،8، 6].

5- یکی دیگر از مزایـای مهم PDT این است که در بسیـاری موارد، تومورهای وسیع و تقریباً غیرقابل جراحي را به اندازه ای کوچک و محدود می کند که با درمان های رایج به راحتی درمان می شود [6]. نمونه آن تومورهای وسیع پوستی است کـه بعد از PDT و کوچک شدن ضایعه، درمان آن ها بـا بی حسی موضعی انجـام پذیر می گردد.

در خصوص معايب اين روش درماني نيز مي توان به موارد زير اشاره نمود:

1-  حساسیت به نور: با توجه به جذب حساس كننده نوری در تمـام سلول های بدن، چشم و پوست فرد بیماری که این ماده را دریافت می کند در معرض خطر حساسیت به نور و سوختگی قرار می گیرد. این بیماران پس از تزریق لازم است به مدت يك هفته از قرار گرفتن در معرض نور مستقیم خورشید پرهیز نمایند ‍[6].

2-  محدودیت ها: اشکال دیگر این روش عدم کاربرد آن در مواردی است که تزریق حساس كننده نوری مجاز نيست[18]. این موارد شامل نارسایی پیشرفته کبد، کلیه و قلب می باشد [6].

3- هزینه نسبتاً بالا: به نظر می رسد يكي از موانع گسترش PDT در سطح دنیا هزینه های نسبتاً بالای آن ( در آمریکا حدود چهار تا پنج هزار دلار برای هر جلسه درمانی) باشد [6].

1-2      فرآیندهای فتو شیمیایی و فتوفیزیکی حاکم بر فتوداینامیک تراپی

پروسه فرآیند PDT شامل دو مرحله است. در مرحله اول، پس از مصرف دارو به شکل موضعی یا سیستمیک، دارو درون بافت هدف تجمع می یابد. در مرحله دوم، نور با طول موج مشخص و متناسب با طول موج پیک جذب دارو تابش می شود. با تابش نور فرآیندهای فتوفیزیکی و فتوشیمیایی آغاز می شوند که نهایتاً با تولید ¹O₂ منجر به مرگ سلولی می شوند.

فرآیندهای فتوفیزیکی و فتوشیمیایی تشکیل ¹O₂ در نمودار سطح انرژی شکل 1-2 نمایش داده شده اند. حساس کننده ای که در حالت پایه قرار دارد (S₀) پس از تابش نور، برانگیخته شده و به حالت  S₁ منتقل می شود. نرخ جذب فوتون در این فرآیند با I_a نمایش داده شده است. مولکولی که در حالت S₁ است می تواند با تابش نور یا بدون تابش نور با نرخ k_f به حالت پایه اش برگردد، یا با یک تبدیل داخل سیستمی به حالت سه تایی T₁ با نرخ k_isc برانگیخته شود. تابش ناشی از برگشت S₁ به S₀ فلوئورسانس نامیده می شود. T₁ نیز می تواند با نرخ k_p  به S₀ برگردد یا انرژی خود را از طریق برخورد به اکسیژن مولکولی حالت پایه (³O₂) با نرخ k_ot انتقال دهد. تابش در برگشت از T₁ به S₀ فسفرسانس نامیده می شود و این انتقال به دلیل قانون انتخاب اسپین الکترون ممنوع می باشد. کسری از برخوردهای بین مولکول های برانگیخته حالت سه تایی و ³O₂ منجر به تشکیل ¹O₂ می شود. تحریک مستقیم اکسیژن از حالت سه تایی به حالت یگانه به دلیل قانون انتخاب مولکولی ممنوع است.  ¹O₂ به شدت واکنش پذیر است و می تواند به سرعت با نرخ  k_oa اجزاء سلولی (A) را اکسید کرده و منجر به مرگ سلول شود. مولکول اکسیژن از طریق واکنش شیمیایی ¹O₂ با مواد سلولی از سیستم خارج می شود. مسیری که در اینجا معرفی شد تحت عنوان مکانیزم نوع II شناخته می شود که فرآیند فتوشیمیایی اصلی در PDT می باشد. طول عمر ¹O₂ در محیط بیولوژیک کمتر از µs 04/0-01/0 و محدوده انتشار آن تقریباً nm 20-10 است [11]. این فاصله انتشار کوتاه، در مقایسه با قطر سلول که µm 15-10 است، موجب محدود شدن ¹O₂ در حجم کوچکی می شود و در نتیجه آسیب احتمالی وارده به بافت های سالم اطراف ضایعه را حداقل می سازد. این مسئله یکی از ویژگی هایی است که PDT را نسبت به درمان های متداول از جمله شیمی درمانی و رادیوتراپی برجسته می نماید. ¹O₂ همچنین می تواند با نرخ ثابت k_d به ³O₂ تبدیل شود یا با مولکول دارو که در حالت پایه قرار دارد واکنش داده و مولکول دارو را به شکل غیر قابل بازگشتی از چرخه درمان خارج کند. به این فرآیند کاهش مولکول های دارو توسط ¹O₂ فتوبلیچینگ[19] گفته می شود.  نرخ فتوبلیچینگ در شکل 1-2 با k_os  نمایش داده شده است. چنانچه مولکول دارو بوسیله فتوبلیچینگ مصرف نشود، هر مولکول می تواند بارها برانگیخته شده و مولکول های ¹O₂ بسیاری تولید کند.

شکل 1-2: دیاگرام جابلونسکی[20]  برای فرآیند تولید اکسیژن یگانه در PDT [12].

[1] – Photodynamic therapy: PDT

[2] – Photosensitizer

[3] – Singlet oxygen: ¹O₂

[4] – Necrosis or Apoptosis

[5] – Near-infrared light

[6] – Raab

[7] – Von Tappeiner

[8] – Eosin

[9] – Mayo

[10] – Hematoporphyrin derivative

[11] – Photofrin

[12] – Aminolevulinic  acid: ALA

[13] – Protoporphyrin IX: PpIX

[14] ^–  Basal Cell Carcinoma

[15] – Actinic Keratosis

[16] – Psoriasis

[17] – Viral warts

[18] – Contraindication

[19] – Photobleaching

[20] – Jablonski