Исследование фотодинамической активности метиленового синего на суспензиях эритроцитов in vitro

В работе исследована фотодинамическая активность (по скорости утилизации молекулярного кислорода при облучении) метиленового синего (МС) в суспензиях эритроцитов in vitro. Методами спектроскопии и конфокальной микроскопии с флуоресцентными сенсорами на синглетный кислород и другие активные формы кислорода показано, что при увеличении концентрации МС (10–100 мг/кг) молярная фотодинамическая активность снижается. Установлено, что 5-10% от добавленного к эритроцитам МС прочно связывается с мембранами эритроцитов, а генерация синглетного кислорода (¹O₂) подавляется в пользу реакций I типа (образование H₂O₂, O₂•⁻, •OH). Еще порядка 40% от добавленного к эритроцитам МС переходит в бесцветную лейкоформу, однако при фотодинамическом воздействии окисляется обратно до МС. Максимальный квантовый выход генерации ¹O₂ (φ_Δ ) в суспензиях эритроцитов составил 0,014 для концентрации МС 10 мг/кг, что на порядок ниже значений для МС в органических растворителях и для фотосенсибилизатора сравнения фотосенс (φ_Δ = 0,38). Взаимодействие с эритроцитами (агрегация, восстановление в лейкоформу, конкуренция за кислород) объясняет снижение эффективности МС в физиологических условиях по сравнению с органическими растворителями. Полученные результаты важны с точки зрения оптимизации системного применения МС в фотодинамической терапии.

1. Foote C.S. Definition of type I and type II photosensitized oxidation // Photochemistry and photobiology. – 1991. – Vol. 54(5). – Р. 659-659. doi: 10.1111/j.1751-1097.1991.tb02071.x.

2. Baptista M.S., Cadet J., Di Mascio P. и др. Type I and type II photosensitized oxidation reactions: guidelines and mechanistic pathways // Photochemistry and photobiology. – 2017. – Vol. 93(4). – Р. 912-919. doi: 10.1111/php.12716.

3. Li X., Kwon N., Guo T. и др. Innovative strategies for hypoxic‐tumor photodynamic therapy // Angewandte chemie international edition. – 2018. – Vol. 57(36). – Р. 11522-11531. doi: 10.1002/anie.201805138.

4. Zhao X., liu J., Fan J. и др. Recent progress in photosensitizers for overcoming the challenges of photodynamic therapy: from molecular design to application // Chemical society reviews. – 2021. – Vol. 50 (6). – Р. 4185-4219. doi: 10.1039/d0cs00173b.

5. Xu J., Bonneviot L., Guari Y. и др. Matrix effect on singlet oxygen generation using methylene blue as photosensitizer // Inorganics. – 2024. – Vol. 12 (6). – Р. 155. doi: 10.3390/inorganics12060155.

6. Lucky S.S., Soo K.C., Zhang Y. Nanoparticles in photodynamic therapy // Chemical reviews. – 2015. – Vol. 115 (4). – Р. 1990-2042. doi: 10.1021/cr5004198.

7. Филоненко Е.В. Клиническое внедрение и научное развитие фотодинамической терапии в России в 2010-2020 гг. // Biomedical Photonics. – 2021. – Т. 10, № 4. – С. 4-22. doi: 10.24931/2413-9432-2021-9-4-4-22.

8. Семенов Д.Ю., Васильев Ю.Л., Дыдыкин С.С. и др. Антимикробная и антимикотическая фотодинамическая терапия (обзор литературы) // Biomedical Photonics. – 2021. – Т. 10, №1. – С. 25–31. doi: 10.24931/2413-9432-2021-10-1-25-31.

9. Трушина О.И., Филоненко Е.В., Новикова Е.Г. и др. Фотодинамическая терапия в профилактике ВПЧ- индуцированных рецидивов предрака и начального рака шейки матки // Biomedical Photonics. – 2024. – Т. 13, № 3. – С. 42-46. doi: 10.24931/241-9432-2024-13-3-42-46.

10. Цеймах А.Е., Мищенко А.Н., Куртуков В.А. и др. Эффективность паллиативной фотодинамической терапии нерезектабельных злокачественных новообразований желчевыводящей системы. Систематический обзор и метаанализ // Biomedical Photonics. – 2024. – Т. 13, № 2. – С. 34-42. doi: 10.24931/2413-9432-2024-13-2-34-42.

11. Шаназаров Н.А., Зинченко С.В., Кисикова С.Д. и др. Фoтoдинaмическая терапия в лeчении BПЧ-accoцииpoвaннoгo paкa шeйки мaтки: мexaнизмы, пpoблeмы и пepcпeктивы нa бyдyщee // Biomedical Photonics. – 2024. – Т. 13, № 1. – С. 47-55. doi: 10.24931/2413-9432-2023-13-1-47-55

12. Панасейкин Ю.А., Капинус В.Н., Филоненко Е.В. и др. Результаты лечения больных раком полости рта при помощи фотодинамической терапии с фотосенсибилизатором на основе хлорина е6 // Biomedi cal Photonics. – 2024. – Т. 13, № 1. – С. 28-38. doi: 10.24931/2413-9432-2023-13-1-28-38.

13. Taldaev A., Terekhov R., Nikitin I. и др. Methylene blue in anticancer photodynamic therapy: systematic review of preclinical studies // Frontiers in pharmacology. – 2023. – Vol. 14. – Р. 1264961. doi: 10.3389/fphar.2023.1264961.

14. DeRosa M. Photosensitized singlet oxygen and its applications // Coordination chemistry reviews. – 2002. – Vol. 23 (4). – Р. 351-371. doi: 10.1016/s0010-8545(02)00034-6.

15. Redmond R.W., Gamlin J.N. A compilation of singlet oxygen yields from biologically relevant molecules // Photochemistry and photobiology. – 1999. – Vol. 70(4). – Р. 391-475. doi: 10.1111/j.1751-1097.1999.tb08240.x.

16. Tardivo J.P., Del Giglio A., De Oliveira C.S. и др. Methylene blue in photodynamic therapy: from basic mechanisms to clinical applications // Photodiagnosis and photodynamic therapy. – 2005. – Vol. 2(3). – Р. 175–191. doi: 10.1016/s1572-1000(05)00097-9.

17. Medhi D., Hazarika S. Formation of dimer and higher aggregates of methylene blue in alcohol // Spectrochimica acta part a: molecular and biomolecular spectroscopy. – 2025. – Vol. 329. – Р. 125490. doi: 10.1016/j.saa.2024.125490.

18. Junqueira H.C., Severino D., Dias L.G. и др. Modulation of methylene blue photochemical properties based on adsorption at aqueous micelle interfaces // Physical chemistry chemical physics. – 2002. – Vol. 4 (11). – Р. 2320-2328. doi: 10.1039/b109753a.

19. Severino D., Junqueira H.C., Gugliotti M. и др. Influence of negatively charged interfaces on the ground and excited state properties of methylene blue // Photochemistry and photobiology. – 2003. – Vol.77(5). – Р. 459-468. doi: 10.1562/0031-8655(2003)0772.0.co;2.

20. Ball D.J., Luo Y., Kessel D. и др. The induction of apoptosis by a positively charged methylene blue derivative // Journal of photochemistry and photobiology b: biology. – 1998. – Vol. 42 (2). – Р. 159-163. doi: 10.1016/s1011-1344(98)00061-x.

21. Curry S. Methemoglobinemia // Annals of emergency medicine. – 1982. – Vol. 11(4). – Р. 214-221. doi: 10.1016/s0196-0644(82)80502-7.

22. Sass M.D., Caruso C.J., Axelrod D.R. Accumulation of methylene blue by metabolizing erythrocytes // The journal of laboratory and clinical medicine. – 1967. – Vol. 69 (3). – Р. 447-455.

23. Sakai H., Leong C. Prolonged Functional life span of artificial red cells in blood circulation by repeated methylene blue injections // Artificial cells, nanomedicine, and biotechnology. – 2019. – Vol. 47(1). – Р. 3123-3128. doi: 10.1080/21691401.2019.1645157.

24. Sakai H., Li B., Lim W. L. и др. Red blood cells donate electrons to methylene blue mediated chemical reduction of methemoglobin compart-mentalized in liposomes in blood // Bioconjugate chemistry. – 2014. – Vol. 25 (7). – Р. 1301-1310. doi: 10.1021/bc500153x.

25. May J.M., Qu Z., Cobb C.E. Reduction and uptake of methylene blue by human erythrocytes // American journal of physiology-cell physiology. – 2004. – Vol. 286 (6). – Р. 1390-1398. doi: 10.1152/ajpcell.00512.2003.

26. McDonagh E. M., Bautista J. M., Youngster I. и др. Pharmgkb summary: methylene blue pathway // Pharmacogenetics and genomics. – 2013. – Vol. 23(9). – Р. 498-508. doi: 10.1097/fpc.0b013e32836498f4.

27. Harrop Geo. A., Barron E. S. G. Studies on blood cell metabolism // Journal of experimental medicine. – 1928. – Vol. 48 (2). – Р. 207-223. doi: 10.1084/jem.48.2.207.

28. Pominova D., Ryabova A., Skobeltsin A. и др. The use of methylene blue to control the tumor oxygenation level // Photodiagnosis and photodynamic therapy. – 2024. – Vol. 46. – Р. 104047. doi: 10.1016/j.pd-pdt.2024.104047.

29. Pominova D.V., Ryabova A.V., Skobeltsin A.S. и др. Spectroscopic study of methylene blue interaction with coenzymes and its effect on tumor metabolism // Sovremennye tehnologii v medicine. – 2025. – Vol. 17(1). – Р. 18. doi: 10.17691/stm2025.17.1.02.

30. Рябова А.В., Стратонников А.А., Лощенов В. Б. Лазерно-спектроскопический метод оценки эффективности фотосенсибилизаторов в биологических средах // Квантовая электроника. – 2006. – Т. 36, № 6. – С. 562–568. doi: 10.1070/qe2006v036n06abeh013291.

31. Stratonnikov A.A., Loschenov V.B. Evaluation of blood oxygen saturation in vivo from diffuse reflectance spectra // Journal of biomedical optics. – 2001. – Vol. 6 (4). – Р. 457. doi: 10.1117/1.1411979.

32. Поминова Д.В., Рябова А.В., Романишкин И.Д. и др. Спектроскопическое исследование фотофизических свойств метиленового синего в биологических средах // Biomedical Photonics. – 2023. – Т. 12, № 2. – С. 34-47. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2023-12-2-34-47.

33. Kalyanaraman B., Darley-Usmar V., Davies K.J.A. и др. Measuring reactive oxygen and nitrogen species with fluorescent probes: challenges and limitations // Free radical biology and medicine. – 2012. – Vol. 52(1). – Р. 1-6. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2011.09.030.

34. Marques S., Magalhães L., Tóth I. и др. Insights on antioxidant assays for biological samples based on the reduction of copper complexes – the importance of analytical conditions // International journal of molecular sciences. – 2014. – Vol. 15(7). – Р. 11387-11402. doi: 10.3390/ijms150711387.

35. George A., Pushkaran S., Li L. и др. Altered phosphorylation of cytoskeleton proteins in sickle red blood cells: the role of protein kinase c, rac gt-pases, and reactive oxygen species // Blood cells, molecules, and diseases. – 2010. – Vol. 45 (1). – Р. 41-45. doi: 10.1016/j.bcmd.2010.02.006.

36. Gomes A., Fernandes E., Lima J.L.F.C. Fluorescence probes used for detection of reactive oxygen species // Journal of biochemical and biophysical methods. – 2005. – Vol. 65(2-3). – Р. 45-80. doi: 10.1016/j.jbbm.2005.10.003.