Двухволновое флуоресцентное исследование in vivo накопления и образования 5-алк-индуцированных порфиринов

В данной статье рассмотрены процессы метаболизма 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК), а также накопления и фотообесцвечивания протопорфирина IX (ПпIX) в процессе фотодинамической терапии (ФДТ) доброкачественных опухолей кожи с применением аппликационного способа введения 20%-го раствора 5-АЛК. Время экспозиции препарата составило 4 ч. В исследовании участвовали два пациента с дерматофибромой и врожденным меланоцитарным невусом. Спектрально-флуоресцентное исследование проводили с возбуждением флуоресценции лазерами на длинах волн 405 и 632,8 нм. Флуоресценцию нормальной и патологически измененной ткани регистрировали в диапазоне 350–800 нм при λ_воз =405 нм и в диапазоне 600–750 нм при λ_воз =632,8 нм. Исследована динамика накопления ПпIX. В поверхностных слоях тканей (при λ_воз =405 нм) максимум накопления ПпIX регистрировали спустя 3 ч после введения 5-АЛК. В более глубоких слоях тканей (при λ_воз =632,8 нм) накопление ПпIX увеличивалось в течение 4 ч наблюдения. После ФДТ лазерным излучением с длиной волны 635 нм наблюдали фотообесцвечивание ПпIX и образование его фотопродуктов хлоринового типа, с максимумом флуоресценции в диапазоне 670–700 нм. Установить наличие уропорфиринов I и III и/или копропорфирина I, которые могли бы свидетельствовать о нарушении митохондриального метаболизма некротических клеток, не удалось. Полученные результаты расширяют возможности спектрально-флуоресцентной диагностики и могут способствовать повышению эффективности 5-АЛК-ФДТ опухолей.

1. Beika M., Harada Y., Minamikawa T., Yamaoka Y., Koizumi N., Murayama Y., Konishi H., Shiozaki A., Fujiwara H., Otsuji E., Takamatsu T. and Tanaka H. Accumulation of Uroporphyrin I in Necrotic Tissues of Squamous Cell Carcinoma after Administration of 5-Aminolevulinic Acid. International Journal of Molecular Sciences, 2021, Vol. 22(18), рр. 10121. https://doi.org/10.3390/ijms221810121

2. Du H., Amy Fuh R., Li J., Corkan L.A. and S. Lindsey J. PhotochemCAD: A computer-aided design and research tool in photochemistry. Photochemistry and Photobiology, 1998, Vol. 68, рр.141-142. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.1998.tb02480.x

3. Dixon J. M., Taniguchi M. and S. Lindsey J. PhotochemCAD 2. A refined program with accompanying spectral data bases for photochemical calculations. Photochemistry and Photobiology, 2004, Vol. 81, рр. 212-213. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2005.tb01544.x

4. Khilov, Aleksandr Vladimirovich, et al. "Analytical model of fluorescence intensity for the estimation of fluorophore localisation in biotissue with dual-wavelength fluorescence imaging." Quantum Electronics, 2021, Vol. 51(2), рр. 95. DOI 10.1070/QEL17503

5. Efendiev K., Alekseeva P.M., Bikmukhametova I.R., Piterskova L.S., Orudzhova K.F., Agabekova U.D., Slovokhodov E.K. and Loschenov V.B. Comparative investigation of 5-aminolevulinic acid and hexyl aminolevulinate-mediated photodynamic diagnostics and therapy of cervical dysplasia and vulvar leukoplakia. Laser Physics Letters, 2021, Vol. 18(6), рр. 065601. DOI 10.1088/1612-202X/abf5cf

6. Kirillin, M., Khilov, A., Kurakina, D., Orlova, A., Perekatova, V., Shishkova, V., ... & Sergeeva, E. (2021). Dual-wavelength fluorescence monitoring of photodynamic therapy: from analytical models to clinical studies. Cancers, 13(22), рр. 5807. https://doi.org/10.3390/cancers13225807

7. Bagdonas S., Ma L.W., Iani V., Rotomskis R., Juzenas P. and Moan J. Phototransformations of 5-Aminolevulinic Acid–induced Protoporphyrin IX in vitro: A Spectroscopic Study. Photochemistry and photobiology, 2000, Vol. 72(2), рр. 186-192. https://doi.org/10.1562/0031-8655(2000)0720186POAAIP2.0.CO2

8. Ogbonna Sochi J., Y. York W.B., Nishimura T., Hazama H., Fukuhara H., Inoue K. and Awazu K. Increased fluorescence observation intensity during the photodynamic diagnosis of deeply located tumors by fluorescence photoswitching of protoporphyrin IX. Journal of Biomedical Optics, 2023, рр. 055001-055001. https://doi.org/10.1117/1.JBO.28.5.055001

9. Sidney Cox G., Bobillier C. and G. Whitten D. Photooxydation and singlet oxygen sensitization by protoporphyrin IX and its photooxydation products. Photochemistry and Photobiology, 1982, Vol. 36, рр. 401-407. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.1982.tb04393.x

10. Rick K., Sroka R., Stepp H., Kriegmair M.,. Huber R.M, Jacob K. and Baumgartner R. Phototransformations of 5-Aminolevulinic Pharmacokinetics of Saminolevulinic acid-induced protoporphyrin IX in skin and blood. Journal of Photochemistry and Photobiology: Biology, 1997, Vol. 40, рр. 313-319. https://doi.org/10.1016/S1011-1344(97)00076-6

11. Fritsch C., Lehmann P., Stahl W., Schulte K.W., Blohm E., Lang K., Sies H. and Ruzicka T. Optimum porphyrin accumulation in epithelial skin tumours and psoriatic lesions after topical application of δ-aminolaevulinic acid. British Journal of Cancer, 1999, Vol. 79, рр. 1603-1608. https://doi.org/10.1038/sj.bjc.6690255

12. Brault D., Aveline B., Delgado O. and Vever-Bizet Ch. Chlorin-type photosensitizers derived from vinyl porphyrins. Photochemistry and Photobiology, 2001, Vol. 73(4), рр. 331-338. https://doi.org/10.1117/12.199160

13. Robinson D. J., de Brujin H. S., van der Veen N., Stringer M. R., Brown S. B. and Star W. M. Fluorescence photobleaching of ALA-induced PpIX during photodynamic therapy of normal hairless mouse skin: the effect of light dose and irradiance and the resulting biological effect. Photochemistry and Photobiology, 1998, Vol. 67, рр. 140-149. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.1998.tb05177.x

14. Ogbonna, Sochi J., Katsuyoshi Masuda, and Hisanao Hazama. "The effect of fluence rate and wavelength on the formation of protoporphyrin IX photoproducts. "Photochemical & Photobiological Sciences, 2024, Vol. 23(9), рр.1627-1639. https://doi.org/10.1007/s43630-024-00611-9