Комбинированная фототермическая и фотодинамическая терапия
Комбинированная фотодинамическая/фототермическая терапия предполагает использование химического соединения или наноматериала , который при облучении определенной длиной волны преобразует энергию света в активные формы кислорода (АФК) и тепло. Было доказано, что это очень эффективно при лечении кожных инфекций, демонстрируя более высокую скорость заживления ран и меньшее влияние на жизнеспособность клеток человека , чем фотодинамическая (ФД) или фототермическая (ПТ) терапия. Используемые соединения часто используют дополнительные механизмы действия или механизмы снижения побочных эффектов, что еще больше увеличивает их эффективность. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Фототерапия является минимально инвазивной, при этом основные проблемы токсичности связаны с фототоксичностью , а также с неспецифическими АФК и тепловыми механизмами действия, влияющими на здоровые клетки человека (хотя и в меньших количествах, чем на клетки-мишени). При инфекциях кожных ран при использовании нескольких фототерапевтических подходов наблюдалась повышенная скорость закрытия ран по сравнению с контрольной группой, не подвергавшейся лечению. Обычно это происходит из-за повышения регуляции фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) и фактора, индуцируемого гипоксией (HIF). Фототерапия также эффективна как против грамположительных, так и против грамотрицательных бактерий, за исключением фотодинамической терапии. [ 4 ]
Чтобы применить этот метод, фотосенсибилизатор локализуется в месте раны или опухоли местно или внутривенно . После локализации целевая область подвергается воздействию лазера выбранной длины волны и интенсивности в течение заранее определенного времени облучения. Длина волны, метод локализации, интенсивность лазера и период облучения определяются в зависимости от индивидуального фототерапевтического агента, поскольку эти факторы могут сильно варьироваться от соединения к соединению. Местное применение может осуществляться путем включения фототерапевтического агента в гидрогель , который будет медленно выводить соединение в рану, обеспечивая более контролируемое производство АФК и/или тепла. [ 5 ] [ 6 ]
Виды фототерапии
[ редактировать ]Фотодинамическая терапия
[ редактировать ]Фотосенсибилизаторы и одобренные методы лечения
[ редактировать ]Фотосенсибилизатор — это химическое соединение или наноматериал, способный улавливать энергию света и использовать эту энергию для генерации АФК. В настоящее время существует 6 фотосенсибилизаторов, которые клинически одобрены или проходят клинические испытания для лечения рака, и 1 одобрен для лечения заболеваний глаз. [ 7 ] Фотодинамическая терапия (ФДТ) также часто используется для лечения акне, а также различных дерматологических заболеваний, таких как псориаз , атопический дерматит и витилиго . [ 8 ] Крайне маловероятно, что бактерии приобретут устойчивость к фотосенсибилизатору или лечению ФДТ, поскольку фотосенсибилизаторы могут генерировать АФК внутри или снаружи клетки-мишени, что повреждает мембрану. [ 9 ]
Механизм действия
[ редактировать ]Фотосенсибилизатор генерирует АФК посредством одного из двух процессов. Тип I включает окислительно-восстановительную реакцию, приводящую к образованию супероксидов (O 2 • − ), гидроксильные радикалы (OH•) и радикальные пероксиды , тогда как тип II генерирует синглетный кислород непосредственно за счет переноса электронов от фотосенсибилизатора. [ 5 ] Эти АФК неспецифически повреждают различные клеточные компоненты, включая белки, ДНК и липиды, стремясь удалить радикал.
Ограничения
[ редактировать ]Из-за необходимости подачи кислорода для ФДТ эти методы лечения неэффективны в условиях гипоксии , в том числе при развитых опухолях и некоторых глубоких ранах. Стоматологические инфекции, как правило, лучше реагируют на фототермическую терапию, чем на фотодинамическую терапию, хотя обе они имеют сильный эффект. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Эффективность ФДТ при использовании противомикробных препаратов ограничена свойствами мембраны клетки-мишени, такими как электрический градиент ( мембранный потенциал ) и липидный состав. В то время как высокая клеточная гибель наблюдается для Escherichia coli и Staphylococcus aureus , другие виды бактерий, такие как Klebsiella pneumoniae и Acinetobacter baumannii , как правило, испытывают очень низкое воздействие ФДТ из-за этих факторов. [ 4 ] Это ограничивает потенциал антибиотика широкого действия, но также может обеспечить специфичность воздействия на патогенные клетки по сравнению с клетками микробиома человека и кожи .
Фототермическая терапия
[ редактировать ]Индоцианин зеленый — это одобренный FDA фототермический агент, который в основном используется в методах визуализации, но также проявляет противораковую и противомикробную активность посредством фототермической терапии (ФТТ). [ 11 ] Фототермические агенты активны против больных клеток, накапливаясь внутри или вокруг клеток-мишеней, а затем преобразуя световую энергию непосредственно в тепло, убивая цель посредством теплового повреждения.
ПТТ имеет низкий уровень селективности после стадии накопления, на которой он имеет тенденцию преимущественно накапливаться внутри больных и бактериальных клеток. Это увеличивает широкополосную активность антибиотиков и снижает вероятность развития резистентности, но также усиливает воздействие на клетки человека. Клетки человека испытывают необратимые повреждения в диапазоне 46–60 °C, что ниже температур, достигаемых некоторыми фототермическими агентами во время фототермической терапии. [ 2 ] [ 13 ] Жизнеспособность клеток человека можно поддерживать за счет низкотемпературного ПТТ (≤ 45 °C), что обычно возможно только в сочетании с дополнительным антибиотиком или фотодинамической активностью. [ 14 ]
Комбинированная терапия – антибактериальная
[ редактировать ]Комбинированная фотодинамическая/фототермическая терапия объединяет механизмы производства АФК и генерации тепла в одном лечении для усиления воздействия на бактериальные клетки-мишени. Во многих случаях это можно сделать с помощью одного соединения или наноматериала (фототерапевтического агента) и длины волны.
Преимущества перед монотерапией
[ редактировать ]Повышенная эффективность антибиотиков
[ редактировать ]Из-за присутствия как АФК, так и избыточного тепла клетки-мишени менее способны противостоять каждому воздействию. Повышенное тепло соответствует повышенной проницаемости клеточных мембран . [ 15 ] позволяя генерировать АФК внутри клетки-мишени. Это также устраняет/уменьшает селективность, наблюдаемую для ФДТ, поскольку он может беспрепятственно проникать в клетку.
Меньше побочных эффектов
[ редактировать ]И фотосенсибилизаторы, и фототермические агенты обладают некоторой степенью селективности в отношении клеток-мишеней по сравнению со здоровыми клетками человека, но при использовании обоих этих механизмов эта селективность усиливается. Повышенная эффективность антибиотиков указывает на меньшую вероятность необходимости последующего лечения, поэтому ущерб минимален. Кроме того, некоторые из этих комбинированных фототерапевтических агентов обладают антиоксидантными/активными свойствами поглощения кислорода, уменьшая количество побочных повреждений, наносимых окружающим клеткам человека. [ 3 ] [ 6 ]
Включение третичных механизмов
[ редактировать ]Многие фототерапевтические агенты, которые проявляют как PD, так и PT активность, обладают дополнительными эффектами, такими как ионы металлов-антибиотиков, [ 2 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 16 ] [ 17 ] физические антибиотические механизмы, [ 1 ] или пероксидазоподобная активность. [ 18 ] Эти добавленные эффекты дополнительно увеличивают антибиотическую активность, часто демонстрируя широкополосную активность с гибелью клеток 99% или выше, независимо от штамма или лекарственной устойчивости.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Чжан, Сяньгу; Чжан, Гуаннан; Чай, Маооооу; Яо, Сяохонг; Чен, Вейи; Чу, Пол К. (2020-07-24). «Синергетическая антибактериальная активность физического химического мульти-механизма с помощью массивов наностержней TiO2 для безопасной ликвидации биопленки при имплантате» . Биологически активные материалы . 6 (1): 12–25. doi : 10.1016/j.bioactmat.2020.07.017 . PMC 7417618 . PMID 32817910 .
- ^ Jump up to: а б с Ду, Сяо, Цзэхуэй; Цао, Вэй, Лифэй; Ли, Цзяо, Цзинбо; Лю, Цзифэн; Ду, Синьцзюнь; 01.06.2022. активированный мульти-хит терапевтический гидрогель на основе квантовых точек Ag2S для заживления бактериально-инфицированных ран». Acta Biomaterialia . 145 : 88–105. doi : 10.1016/ . ISSN 1742-7061 . PMID 35429669. j.actbio.2022.04.013 S2CID 248191429 .
- ^ Jump up to: а б Дин, Цююэ; Сунь, Су, Вэйцзе; Цзин, Сируй; Су, Цзэн, Лянь; Ян, У, Юйчжоу; Ло, Го, Сяодун; 02-19). «Биологический многофункциональный гидрогель черного фосфора с антибактериальными и антиоксидантными свойствами: поэтапный подход». Противодействие заживлению кожных ран при диабете». Advanced Healthcare Materials . 11 : 2102791. doi : 10.1002/adhm.202102791 . ISSN 2192-2640 . PMID 35182097. (12 ) S2CID 246974402 .
- ^ Jump up to: а б Не, Сяолинь; Цзян, Чэньюй; Ву, Шуанлинь; Чен, Ванбинфэй; Льв, Пэнфэй; Ван, Цинцин; Лю, Цзинъянь; Нарх, Кристофер; Цао, Сюмин; Гилади, Реза А.; Вэй, Цюйфу (2020). «Углеродные квантовые точки: светлое будущее в качестве фотосенсибилизаторов для антибактериальной фотодинамической инактивации in vitro». Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . 206 : 111864. doi : 10.1016/j.jphotobiol.2020.111864 . ПМИД 32247250 . S2CID 214794593 .
- ^ Jump up to: а б Сюй, Инлинь; Чен, Хаолинь; Фан, Ифэнь; Ву, Цзюнь (25 июня 2022 г.). «Гидрогель в сочетании с фототерапией при заживлении ран». Передовые материалы по здравоохранению . 11 (16): 2200494. doi : 10.1002/adhm.202200494 . ISSN 2192-2640 . ПМИД 35751637 . S2CID 250021788 .
- ^ Jump up to: а б Он, Юаньмэн; Лю, Кайюэ; Го, Шен; Чанг, Ронг; Чжан, Чен; Гуань, Фанся; Яо, Минхао (01 января 2023 г.). «Многофункциональный гидрогель с поглощением активных форм кислорода и фототермической антибактериальной активностью ускоряет заживление инфицированных диабетических ран». Акта Биоматериалы . 155 : 199–217. дои : 10.1016/j.actbio.2022.11.023 . ПМИД 36402298 . S2CID 253659280 .
- ^ Баскаран, Ренгараджан; Ли, Юнгхан; Ян, Су Гын (26 сентября 2018 г.). «Клиническая разработка фотодинамических агентов и их терапевтическое применение» . Исследования биоматериалов . 22 (1): 25. дои : 10.1186/s40824-018-0140-z . ISSN 2055-7124 . ПМК 6158913 . ПМИД 30275968 .
- ^ «Фотодинамическая терапия (ФДТ): процедура, использование и восстановление» . Кливлендская клиника . Проверено 29 апреля 2023 г.
- ^ Цао, Чанъюй; Чжан, Тинбо; Ян, Нан; Ню, Сянхун; Чжоу, Чжаобо; Ван, Цзиньлань; Ян, Дунлян; Чен, Пэн; Чжун, Липин; Донг, Сяочэнь; Чжао, Юнсян (28 марта 2022 г.). «POD Nanozyme, оптимизированный с помощью технологии разделения зарядов для каталитической / фотодинамической терапии бактерий, активированных светом / pH» . Сигнальная трансдукция и таргетная терапия . 7 (1): 86. дои : 10.1038/s41392-022-00900-8 . ISSN 2059-3635 . ПМЦ 8958166 . ПМИД 35342192 .
- ^ Фекразад, Реза; Хойи, Фарзане; Бахадор, Аббас; Хакимиха, Неда (17 августа 2020 г.). «Сравнение различных режимов фотоактивируемой дезинфекции против Porphyromonas gingivalis: исследование in vitro». Фотодиагностика и фотодинамическая терапия . 32 : 101951. doi : 10.1016/j.pdpdt.2020.101951 . ПМИД 32818643 . S2CID 221221714 .
- ^ Jump up to: а б Бёхер, Сара; Венцлер, Йоханнес-Симон; Фальк, Вольфганг; Браун, Андреас (14 июля 2019 г.). «Сравнение различных лазерных фотохимических систем для лечения пародонта». Фотодиагностика и фотодинамическая терапия . 27 : 433–439. дои : 10.1016/j.pdpdt.2019.06.009 . ПМИД 31319164 . S2CID 197663815 .
- ^ Шим, Сан Хо; Ли, Си Янг; Ли, Чон-Бин; Чанг, Бом-Сок; Ли, Джэ-Кван; Хм, Хын Сик (13 февраля 2022 г.). «Антимикробная фототермическая терапия с использованием диодного лазера с индоцианиновым зеленым на биопленке Streptococcus gordonii, прикрепленной к поверхности диоксида циркония». Фотодиагностика и фотодинамическая терапия . 38 : 102767. doi : 10.1016/j.pdpdt.2022.102767 . ПМИД 35182778 . S2CID 246926124 .
- ^ Jump up to: а б Чжан, Гуаннань; Чжан, Хунъюй; Ши, Цзин; Яо, Сяохун; Чжан, Сянъюй (2020). «Микросферы для дезинфекции и улучшения заживления ран». химической инженерии Журнал 382 : 122849. doi : 10.1016/ . S2CID 203938686 j.cej.2019.122849
- ^ Jump up to: а б Чжу, Хао; Ченг, Сюэдань; Чжан, Цзюньцин; Ву, Цян; Лю, Чаоцюнь; Ши, Цзяхуа (2023). «Создание самовосстанавливающегося инъекционного гидрогеля SABA/Borax/PDA@AgNPs для синергетической низкотемпературной фототермической антибактериальной терапии» . Журнал химии материалов Б. 11 (3): 618–630. дои : 10.1039/D2TB02306G . ISSN 2050-750X . ПМИД 36537180 . S2CID 254439160 .
- ^ Блихер, Андреас; Водзинска, Катажина; Фидорра, Матиас; Винтерхальтер, Матиас; Хеймбург, Томас (2009). «Температурная зависимость проницаемости липидных мембран, ее квантовая природа и влияние анестетиков» . Биофизический журнал . 96 (11): 4581–4591. arXiv : 0807.4825 . Бибкод : 2009BpJ....96.4581B . дои : 10.1016/j.bpj.2009.01.062 . ISSN 0006-3495 . ПМК 2711498 . ПМИД 19486680 .
- ^ Чжан, Чжэнь-Юй; Ван, Сяо-Ши; Ли, Шуо-Ци; Цзоу, Юй-Хун; Чанг (2022). «Разложение in vitro, фотодинамическая и термическая антибактериальная активность Cu-содержащего хлорофиллин-индуцированного покрытия Ca-P на магниевом сплаве AZ31 . » Материалы 18 284–299 doi : 10.1016 . PMC 8961461 j.bioactmat.2022.01.050 / :
- ^ Конг, Синь; Му, Южи; Цинь, Ди; Сунь, Сяоцзе; Су, Чанг; Чен, Тонгтун; Ван, Сяое; Чен, Сигуан; Фэн, Чао (2022). «Диатомовый биокремнезем, осажденный медью, с улучшенными фототермическими и фотодинамическими характеристиками для лечения инфицированных ран» . Новый химический журнал . 46 (5): 2140–2154. дои : 10.1039/D1NJ05283G . ISSN 1144-0546 . S2CID 245301085 .
- ^ Чжан, Ян; Ли, Данься; Тан, Цзиньшань; Чанг, Чжишан; Лю, Сянъюн; Ма, Вэйшуай; Сюй, Юаньхун (2021). «Регулируемая в ближнем инфракрасном диапазоне нанозиматическая/фототермическая/фотодинамическая тройная терапия для борьбы с бактериальными инфекциями с множественной лекарственной устойчивостью с помощью наноточек триоксида молибдена с кислородными вакансиями». Маленький . 17 (1): 2005739. doi : 10.1002/smll.202005739 . ISSN 1613-6810 . ПМИД 33284509 . S2CID 227520383 .