Dette blogginnlegget undersøker prinsippene og mekanismene bak fotodynamisk terapi, der lys, fotosensibilisatorer og oksygen samhandler for å målrette spesifikke celler, og gir en detaljert forklaring på hvordan selektiv celledød skjer.
Tidlig på 20-tallet observerte farmakolog Tapiner ved et uhell at protozoer farget med leukoakridinfargestoff døde når de ble utsatt for lynnedslag. Han bekreftet deretter at påføring av eosin, et fluorescerende stoff, på hudsvulster og eksponering for lys fikk svulstene til å reagere. Senere forskere klargjorde at celler dør gjennom samspillet mellom lys, kjemikalier og oksygen. Tapiner rapporterte dette fenomenet som en oksygenavhengig fotoreaksjon og var den første som brukte begrepet «fotodynamisk terapi».
Lysenergi, fotosensibilisatorer og oksygen er essensielle for fotodynamisk terapi. Når lys med en spesifikk bølgelengde påføres eksternt, reagerer fotosensibilisatoren med oksygen som er tilstede rundt celler og vev, og genererer lokalt reaktive oksygenarter (ROS) i løpet av svært kort tid. Disse ROS-ene oksiderer biomolekyler, ødelegger funksjonen deres og forårsaker celledød. Det er verdt å merke seg at bølgelengden til lyset som kreves for å maksimere ROS-genereringen – det vil si fargen – varierer avhengig av typen fotosensibilisator. Dette er fordi hver fotosensibilisator reagerer mest effektivt på en spesifikk bølgelengde. Når den aktiveres av lys med en spesifikk bølgelengde, overfører fotosensibilisatoren elektroner eller energi til omkringliggende oksygen, og genererer ROS. ROS forekommer også naturlig i cellulære metabolske prosesser. Selv om de er gunstige i små mengder for biokjemiske reaksjoner, kan overdreven og langvarig produksjon bli giftig, noe som nødvendiggjør administrering av antioksidanter for å eliminere dem.
De reaktive oksygenartene som genereres ved å bestråle fotosensibilisatoren med lys har en ekstremt kort halveringstid på omtrent 0.05 µs eller mindre, og forsvinner raskt umiddelbart etter dannelse. Deres effektive innflytelse strekker seg bare omtrent 20 nm fra genereringspunktet, og forårsaker en lokalisert reaksjon bare i umiddelbar nærhet av fotosensibilisatoren.
Fotosensibilisatorer som brukes i fotodynamisk terapi er kategorisert i porfyrinforbindelser og andre fluorescerende fargereagenser. Siden aknebakterier syntetiserer porfyriner selv, dreper eksponering for lys med en spesifikk bølgelengde selektivt bare aknebakteriene, noe som muliggjør effektiv behandling. Mange fluorescerende fargestoffer har også evnen til å frigjøre ROS og kan brukes som fotosensibilisatorer. Imidlertid må de frigjøre tilstrekkelig ROS ved lyseksponering, vise lav toksisitet når de ikke utsettes for lys, og lett skilles ut fra kroppen. Den terapeutiske effekten av fotodynamisk terapi er begrenset hvis eksternt påført lys ikke kan trenge dypt inn i kroppen. Behandlingseffektiviteten varierer avhengig av konsentrasjonen av fotosensibilisatoren, intensiteten og varigheten av lyseksponeringen, og oksygenkonsentrasjonen i vevet. Videre kan fluorescerende stoffer som absorberer lys med spesifikke bølgelengder og sender ut lengre bølgelengder, finnes i celler. Derfor må bølgelengden til fotosensibilisatoren og lyset som brukes til å aktivere den velges under hensyntagen til potensielle interferenseffekter. Injeksjon av høye konsentrasjoner av fotosensibilisator kan forårsake allergier. Videre, hvis fotosensibilisator som ikke har blitt brutt ned eller skilt ut, forblir i kroppen, kan hudceller bli skadet ved eksponering for sollys. Derfor er lysblokkerende håndtering nødvendig inntil den gjenværende fotosensibilisatoren er fullstendig nedbrutt.
Fotodynamisk terapi er for tiden mye brukt for behandling av ulike hudsykdommer og er også kjent for å være effektiv i kreftbehandling. For kreftbehandling benyttes mekanismen der fotosensibilisatorer selektivt akkumuleres i kreftvev. Fotosensibilisatorer som administreres intravenøst er stort sett uløselige i vann og binder seg sterkt til lavdensitetslipoprotein (LDL) i blodet. Siden kreftceller har et stort antall LDL-reseptorer på cellemembranene som binder seg til LDL, akkumuleres fotosensibilisatoren mer i kreftceller enn i normale celler. Under fotodynamisk terapi induserer skade på kreftvev betennelse, noe som kan aktivere immunresponsen mot kreftceller, og dermed forbedre behandlingseffektiviteten. Mens cellegift og strålebehandling forårsaker alvorlige bivirkninger på grunn av deres sterke toksisitet, akkumuleres fotosensibilisatorer selektivt bare i kreftvev og viser lokalisert toksisitet bare på det lysbestrålte stedet, noe som gjør dem til et lovende alternativ kreftbehandling.
