biophBiomedical PhotonicsBiomedical Photonics2413-9432Non-profit partnership for development of domestic photodynamic therapy and photodiagnosis10.24931/2413-9432-2017-6-2-12-20bioph-159Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ИНТРАПЕРИТОНЕАЛЬНОЙ ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ С ФОТОСЕНСИБИЛИЗАТОРАМИ НА ОСНОВЕ ПОРФИРИНОВ И ФТАЛОЦИАНИНОВEXPERIMENTAL CONFIRMATION FOR SELECTION OF IRRADIATION REGIMENS FOR INTRAPERITONEAL PHOTODYNAMIC THERAPY WITH PORPHYRIN AND PHTHALOCYANINE PHOTOSENSITIZERSПанкратовА. А.PankratovA. A.

Москва

Moscow

andreimnioi@yandex.ruСулеймановЭ. А.SuleymanovE. A.

Грозный

Groznyi

ЛукьянецЕ. А.LukyanetsE. A.

Москва

Moscow

ВенедиктоваЮ. Б.VenediktovaYu. B

Москва

Moscow

ПлютинскаяА. Д.PlyutinskayaA. D.

Москва

Moscow

Национальный медицинский исследовательский радиологический центр Минздрава РоссииРоссияNational Medical Research Radiological Centre of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationРеспубликанский Онкологический ДиспансерРоссияRepublican Oncology DispenserRussian FederationНаучно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителейРоссияState Scientific Center Scientific Research Institute Organic Intermediates and DyesRussian Federation201704092017621220Copyright © Панкратов А.А., Сулейманов Э.А., Лукьянец Е.А., Венедиктова Ю.Б., Плютинская А.Д., 20172017Панкратов А.А., Сулейманов Э.А., Лукьянец Е.А., Венедиктова Ю.Б., Плютинская А.Д.Pankratov A.A., Suleymanov E.A., Lukyanets E.A., Venediktova Y.B., Plyutinskaya A.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pdt-journal.com/jour/article/view/159

В экспериментальных исследованиях in vitro и in vivo определены оптимальные режимы облучения для проведения интраперитонеальной фотодинамической терапии с фотосенсибилизаторами на основе порфиринов и фталоцианинов.

В  эксперименте  на культуре клеток  НЕр2 показано,  что снижение  плотности  мощности при  постоянной  световой  дозе  достоверно приводит к увеличению эффективности фотодинамического  воздействия  (снижение плотности мощности с 20-80 мВт/см2 до 10 мВт/см2 позволило достигнуть такого же результата (гибель 90% клеток) при вдвое меньшей концентрации фотосенсибилизатора).

Полученные результаты были подтверждены в экспериментах in vivo на мышах с перевивной опухолью S-37. При использовании световой дозы 90 Дж/см2  и плотности мощности 25 мВт/см2  ни у одного  животного  в экспериментальной группе не было достигнуто полной резорбции опухоли. При той же световой дозе и снижении плотности мощности до 12 мВт/см2 полная резорбция опухоли была получена у 34% животных, 66% животных погибло от фототоксического шока. При снижении световой дозы в два раза – до 45 Дж/см2, и использовании такой же низкоинтенсивной плотности мощности (12 мВт/см2) удалось добиться полной резорбции опухоли у 100% животных.

В  ходе дальнейших  экспериментальных  исследований  по определению  оптимального  режима  облучения  для интраперитонеальной фотодинамической   терапии   была  оценена   реакция   здоровой   брюшины  крыс  на  фотодинамическое  воздействие   и  определены оптимальные  параметры  лазерного  облучения,  которые  не  вызывали  некроза  и выраженной  воспалительной  реакции  брюшины – световая доза 10 Дж/см2 при плотности мощности излучения 10 мВт/см2.

Таким образом,  экспериментально обоснована  целесообразность применения  для интраперитонеальной фотодинамической  терапии низкоинтенсивных режимов облучения, что позволяет достичь высокой эффективности лечения без развития воспалительной  реакции брюшины.

Optimized irradiation regimens for intraperitoneal photodynamic therapy with porphyrin and phthalocyanine photosensitizers are determined in in vitro and in vivo studies.

The experimental  study on НЕр2 cell line showed that reduce of power density for constant  light dose increased significantly the efficacy of photodynamic therapy (the reduce of power density from 20-80 mW/cm2 to 10 mW/cm2 had the same results (90% cell death) for half as much concentration of the photosensitizer).

The obtained results were confirmed in vivo in mice with grafted tumor S-37. For light dose of 90 J/cm2  and power density of 25 mW/cm2 none of animals in the experimental  group had total resorption of the tumor. For the same light dose and decrease  of power density to 12 mW/cm2  total tumor resorption was achieved in 34% of animals, 66% of animals died from phototoxic  shock. For twofold decrease  of light dose – to 45 J/cm2  with the same low-intensity power density (12 mW/cm2) we managed total tumor resorption in 100% of animals.

In the following studies of optimized irradiation regimen for intrapleural photodynamic therapy the reaction of intact peritoneum of rats on photodynamic exposure was assessed and optimized parameters of laser irradiation, which did not cause necrosis and intense inflammatory reaction of peritoneum, were determined – light dose of 10 J/cm2  with power density of mW/cm2.

Thus, the reasonability for use of low-intensity regimens of irradiation for intraperitoneal photodynamic therapy was confirmed experimentally with possibility of high efficacy of treatment without inflammatory reactions of peritoneum.

фотосенсфотогемфотодинамическая терапиянизкоинтенсивное облучениеphotosensfotogemphotodynamic therapylow-intensity irradiationReferencesЧиссов В.И., Соколов В.В., Филоненко Е.В. Фотодинамическая терапия злокачественных опухолей. Краткий очерк развития и опыт клинического применения в России // Российский химический журнал. – 1998. – Т. XLII, № 5. – С. 5-9.ChissovV.I., SokolovV.V., Filonenko E.V. Photodynamic therapy of malignant tumors. A brief history of development and clinical use in Russia, Rossiiskii khimicheskii zhurnal, 1998, Vol. XLII, No. 5, pp. 5-9. (in Russian).Agostinis P., Berg K., Cengel K.A., et al. Photodynamic therapy of cancer: an update // CA Cancer J Clin. – 2011. – Vol. 61, No. 4. – P. 250-281.Agostinis P., Berg K., Cengel K.A., Foster T.H., Girotti A.W., Gollnick S.O., Hahn S.M., Hamblin M.R., Juzeniene A., Kessel D., Korbelik M., Moan J., Mroz P., Nowis D., Piette J., Wilson B.C., Golab J. Photodynamic therapy of cancer: an update, CA Cancer J Clin., 2011, Vol. 61, No. 4, pp. 250-281.Dougherty T.J., Marcus S.L. Photodynamic therapy // Eur J Cancer. – 1992. – Vol. 28A, No. 10. – P. 1734-1742.Dougherty T.J., Marcus S.L. Photodynamic therapy, Eur J Cancer, 1992, Vol. 28A, No. 10, pp. 1734-1742.Соколов В.В., Филоненко Е.В., Карпова Е.С., Мамонтов А.С. Возможности фотодинамической терапии больных раком пищевода стадии T1N0M0: клинические наблюдения // Российский онкологический журнал. – 2007. – № 6. – С. 36-38.Sokolov V.V., Filonenko E.V., Karpova E.S., Mamontov A.S. Opportunities of photodynamic therapy of patients with esophageal cancer stage T1N0M0: case report, Rossiiskii onkologicheskii zhurnal, 2007, No. 6, pp. 36-38. (in Russian).Филоненко Е.В., Вашакмадзе Л.А., Кириллов Н.В. и др. Интраоперационная фотодинамическая терапия при лечении местнораспространенного и диссеминированного рака желудка // Онкохирургия. – 2012. – Т. 4, № 3. – С. 57-61.Filonenko E.V., Vashakmadze L.A., Kirillov N.V., Khomyakov V.M., Kolobaev I.V., Krylova G.I. Intraoperative photodynamic therapy for locally advanced and disseminated gastric cancer, Onkokhirurgiya, 2012,Vol. 4, No. 3, pp. 57-61. (in Russian).Ivanova-Radkevich V. I., Filonenko E. V., Slovokhodov E.K., et al. Organization of clinical trials of photosensitizer based on 5-aminolevulinic acid hexyl ester // Indian Journal of Science and Technology. – 2016. – Vol. 9(18). – P. 1-7. DOI: 10.17485/ijst/2016/v9i18/93759Ivanova-Radkevich V.I., Filonenko E.V., Slovokhodov E.K., Smirnova I.P., Kuznetsova O.M., Lobaeva T.A., Gushchina Yu.Sh. and Khadasheva Z.S. Organization of clinical trials of photosensitizer based on 5-aminolevulinic acid hexyl ester, Indian Journal of Science and Technology, 2016, Vol. 9(18), pp. 1-7. DOI: 10.17485/ijst/2016/v9i18/93759Filonenko E.V., Kaprin A.D., Alekseev B.Ya., Apolikhin O.I., Slovokhodov E.K., Ivanova-Radkevich V.I., Urlova A.N. 5-Aminolevulinic acid in intraoperative photodynamic therapy of bladder cancer (results of multicenter trial) // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. – 2016. – Vol. 16. – P. 106-109.Filonenko E.V., Kaprin A.D., Alekseev B.Ya., Apolikhin O.I., Slovokhodov E.K., Ivanova-Radkevich V.I., Urlova A.N. 5-Aminolevulinic acid in intraoperative photodynamic therapy of bladder cancer (results of multicenter trial), Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 2016, Vol. 16, pp. 106-109.Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть 1 / под ред. Миронова А.Н., Бутаняна Н.Д. и др. – М.: Гриф и К., 2012. – 944 с.Rukovodstvo po provedeniyu doklinicheskikh issledovanii lekarstvennykh sredstv. Chast' 1 [Handbook for management of pre-clinical studies of pharmaceutical preparations. Part 1], by eds Mironov A.N., Butanyan N.D. Мoscow, Grif i K. Publ., 2012. 944 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.