Tento blogový príspevok skúma princípy a mechanizmy fotodynamickej terapie, kde svetlo, fotosenzibilizátory a kyslík interagujú s cieľom cieliť na špecifické bunky, a poskytuje podrobné vysvetlenie, ako dochádza k selektívnej bunkovej smrti.
Začiatkom 20. storočia farmakológ Tapiner náhodou pozoroval, že prvoky zafarbené leukoakridínovým farbivom uhynuli pri vystavení blesku. Následne potvrdil, že aplikácia eozínu, fluorescenčnej látky, na kožné nádory a ich vystavenie svetlu spôsobilo reakciu nádorov. Neskorší výskumníci objasnili, že bunky odumierajú interakciou svetla, chemikálií a kyslíka. Tapiner tento jav označil za kyslíkovo závislú fotoreakciu a ako prvý použil termín „fotodynamická terapia“.
Svetelná energia, fotosenzibilizátory a kyslík sú nevyhnutné pre fotodynamickú terapiu. Keď sa zvonka aplikuje svetlo so špecifickou vlnovou dĺžkou, fotosenzibilizátor reaguje s kyslíkom prítomným okolo buniek a tkanív, pričom lokálne vytvára reaktívne formy kyslíka (ROS) vo veľmi krátkom čase. Tieto ROS oxidujú biomolekuly, ničia ich funkciu a spôsobujú bunkovú smrť. Je pozoruhodné, že vlnová dĺžka svetla potrebná na maximalizáciu tvorby ROS – teda farby – sa líši v závislosti od typu fotosenzibilizátora. Je to preto, že každý fotosenzibilizátor reaguje najefektívnejšie na špecifickú vlnovú dĺžku. Keď je aktivovaný svetlom so špecifickou vlnovou dĺžkou, fotosenzibilizátor prenáša elektróny alebo energiu na okolitý kyslík, čím vytvára ROS. ROS sa tiež prirodzene vyskytujú v bunkových metabolických procesoch. Hoci sú v malých množstvách prospešné pre biochemické reakcie, nadmerná a dlhodobá produkcia sa môže stať toxickou, čo si vyžaduje podávanie antioxidantov na ich elimináciu.
Reaktívne formy kyslíka vznikajúce ožiarením fotosenzibilizátora svetlom majú extrémne krátky polčas rozpadu približne 0.05 µs alebo menej a rýchlo sa rozpadajú ihneď po vzniku. Ich účinný vplyv siaha len do vzdialenosti približne 20 nm od miesta vzniku a spôsobuje lokalizovanú reakciu iba v bezprostrednej blízkosti fotosenzibilizátora.
Fotosenzibilizátory používané vo fotodynamickej terapii sa delia na porfyrínové zlúčeniny a iné fluorescenčné farbiace činidlá. Keďže baktérie akné syntetizujú porfyríny samy, ich vystavenie svetlu so špecifickou vlnovou dĺžkou selektívne zabíja iba baktérie akné, čo umožňuje účinnú liečbu. Mnohé fluorescenčné farbivá majú tiež schopnosť uvoľňovať ROS a možno ich použiť ako fotosenzibilizátory. Musia však uvoľňovať dostatočné množstvo ROS po vystavení svetlu, vykazovať nízku toxicitu, keď nie sú vystavené svetlu, a musia sa ľahko vylučovať z tela. Terapeutická účinnosť fotodynamickej terapie je obmedzená, ak zvonka aplikované svetlo nemôže preniknúť hlboko do tela. Účinnosť liečby sa líši v závislosti od koncentrácie fotosenzibilizátora, intenzity a trvania vystavenia svetlu a koncentrácie kyslíka v tkanive. Okrem toho sa v bunkách môžu nachádzať fluorescenčné látky, ktoré absorbujú svetlo so špecifickými vlnovými dĺžkami a vyžarujú dlhšie vlnové dĺžky. Preto sa vlnová dĺžka fotosenzibilizátora a svetlo použité na jeho aktiváciu musia voliť s ohľadom na potenciálne interferenčné účinky. Injekcia vysokých koncentrácií fotosenzibilizátora môže vyvolať alergie. Okrem toho, ak v tele zostane fotosenzibilizátor, ktorý nebol rozložený alebo vylúčený, kožné bunky sa môžu po vystavení slnečnému žiareniu poškodiť. Preto je nevyhnutná liečba blokujúca svetlo, kým sa zvyškový fotosenzibilizátor úplne nerozloží.
Fotodynamická terapia sa v súčasnosti široko používa na liečbu rôznych kožných ochorení a je tiež známa ako účinná pri liečbe rakoviny. Pri liečbe rakoviny využíva mechanizmus, pri ktorom sa fotosenzibilizátory selektívne akumulujú v rakovinovom tkanive. Fotosenzibilizátory podávané intravenózne sú väčšinou nerozpustné vo vode a silne sa viažu na lipoproteíny s nízkou hustotou (LDL) v krvi. Keďže rakovinové bunky majú na svojich bunkových membránach veľký počet LDL receptorov, ktoré sa viažu na LDL, fotosenzibilizátor sa akumuluje viac v rakovinových bunkách ako v normálnych bunkách. Počas fotodynamickej terapie poškodenie rakovinového tkaniva vyvoláva zápal, ktorý môže aktivovať imunitnú odpoveď proti rakovinovým bunkám, čím sa zvyšuje účinnosť liečby. Zatiaľ čo chemoterapia a rádioterapia spôsobujú závažné vedľajšie účinky kvôli svojej silnej toxicite, fotosenzibilizátory sa selektívne akumulujú iba v rakovinovom tkanive a vykazujú lokalizovanú toxicitu iba v mieste ožiarenom svetlom, čo z nich robí sľubnú alternatívnu liečbu rakoviny.
