CC BY
35
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ 31
УДК 616-006.3.04-092.9-085.849-059:615.831 I.S. Spichenkova, М.А. Kaplan, N.I. Sokol COMBINATION OF PHOTODYNAMIC THERAPY AND RADIOTHERAPY IN TREATMENT OF EXPERIMENTAL TUMORS (SARCOMA M-l) IN RATS Medical Radiological Research Center RAMS, Obninsk ABSTRACT
Photodynamic therapy combined with radiotherapy gives the opportunity to improve results of treatment. We can also decrease doses of x-ray irradiation by such method of treatment.
Key words: photodynamic therapy (PDT), experimental tumors, combined treatment, Sarcoma M-l.
И.С. Спиченкова, М.А. Каплан, Н.И. Сокол
КОМБИНИРОВАННАЯ ЛУЧЕВАЯ И ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОПУХОЛИ САРКОМЫ М-1 У КРЫС
Медицинский радиологический научный центр РАМН, Обнинск
РЕЗЮМЕ
Комбинирование фотодинамической терапии с лучевой дает возможность улучшить результаты лечения, а также уменьшить дозу облучения при лучевой терапии.
Ключевые слова: фотодинамическая терапия, саркома М-1, экспериментальные опухоли, комбинированные методы.
ВВЕДЕНИЕ
В основе лечебного применения ионизирующих излучений лежит их биологическое действие. По своему характеру оно всегда повреждающее и выражается в функциональных сдвигах и анатомических изменениях в облучаемых органах и во всем организме. Степень повреждений, возникающих в связи с облучением, различна. Небольшие повреждения приводят к усилению регенеративных способностей тканей и в определенных ситуациях (нормализации нарушенных функций), тогда как значительные повреждения обуславливают такие изменения, за которыми следуют дистрофические процессы и гибель клеток и тканей [4]. Современная рентгенорадиологическая техника дает возможность воздействовать на опухоль, расположенную как поверхностно, так и на любой глубине. При этом для ее уничтожения применяются нередко очень высокие дозы облучения, и окружающие опухоль здоровые ткани неизбежно испытывают ту или иную лучевую нагрузку, которая иногда может превысить их толерантность [1]. Лучевые реакции возникают из-за малого интервала различий в радиочувствительнос-
ти опухоли и окружающих ее здоровых тканей и поэтому являются неизбежным спутником лучевого лечения. Радикальная лучевая терапия в ряде случаев может приводить к местным лучевым повреждениям. По данным Бардычева М. С. (1988), их частота достигает 10%. На практике приходится наблюдать подкожные лучевые склерозы, некрозы, язвы, пневмони-ты, энтероколиты, ректосигмоидиты, лучевые дистрофические повреждения костей, отек конечностей в результате расстройства крово- и лимфообращения, лучевой миелит [1; 4]. Уменьшить лучевые повреждения окружающих опухоль здоровых тканей можно путем уменьшения применяемых суммарных доз облучения. Такую возможность может дать комбинация лучевой терапии с каким-либо другим методом лечения злокачественных опухолей.
Среди современных лазерных технологий, используемых в онкологии, особое место принадлежит фото-динамической терапии (ФДТ), основанной на способности определенных фотосенсибилизаторов с макро-циклической химической структурой селективно накапливаться в опухолевой ткани. При этом квант света определенной длины волны, взаимодействуя с фо-
тосенсибилизатором в присутствии кислорода тканей, вызывает фотохимическую реакцию, приводящую к гибели опухолевых клеток [6; 11; 13; 16; 17]. Механизм цитотоксичности заключен в генерировании син-глетного кислорода и свободных радикалов, когда возбужденный светом сенсибилизатор теряет или приобретает электроны [9; 19]. Такая дифференцированная цитотоксичность выгодно отличает ФДТ от традиционных методов противоопухолевой терапии [8; 11; 18]. Поэтому ФДТ может стать очень привлекательным дополнительным средством лечения опухолей мягких тканей, т.к. это минимально инвазивное средство с потенциально высокой эффективностью, которое можно сочетать с другими методами лечения, например, с лучевой терапией для повышения эффективности последней [3; 7]. Имеется ряд публикаций о применении ФДТ в клинике для лечения злокачественных опухолей [5; 6; 7; 8; 12; 13; 14; 16; 18; 19; 21].
Идея совместного применения лучевой и фотоди-намической терапии в настоящее время рассматривается рядом авторов как в эксперименте [15; 20], так и в клинике [10; 12].
Целью этой работы являлось изучение возможности комбинации фотодинамической терапии с лучевой д ля повышения эффективности лечения и снижения суммарной дозы облучения при лучевой терапии.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования были проведены на 59 самках беспородных крыс, достигших массы тела 130-200 г, которым под кожу бедра перевивалась опухоль — саркома М-1. Данный штамм опухоли относится к числу быстрорастущих с достаточно коротким инкубационным периодом; отличается большой биомассой и высокой степенью перевиваемости; не образует метастазов [1]. Животных брали в опыт на 8-18-е сутки после перевивки, когда объем опухоли V достигал 0,12-0,73 см2. Он рассчитывался по формуле:
У=116 х с1] х с12 х с13,
где:
(112 з —-три взаимно перпендикулярных размера опухоли. Замеры диаметров опухоли производились в следующие сроки: исходные (непосредственно перед лечением), на 7-е; 10-е; 14-е и 21-е сутки после лечения. Динамику роста опухоли определяли по коэффициенту прироста (торможения) роста опухоли К по формуле:
К=(У-У0)/У0,
где:
V — исходный объем опухоли;
V}—объем опухоли на день измерения.
Динамика К оценивалась следующим образом.
1. При К>0 (объем опухоли на соответствующие сроки наблюдения превышал ее исходный объем) ситуация расценивалась как продолженный рост опухоли.
2. При -1 < К < 0 (объем опухоли на соответствующие сроки наблюдения меньше исходного объема опухоли или равен ему) ситуация расценивалась как торможение роста опухоли.
3. При К=-1 (пальпаторно опухоль не определяется) ситуация расценивалась как полная регрессия опухоли.
В качестве контроля служили животные с опухолью, которым не проводилось никакой терапии. В качестве фотосенсибилизатора использовался препарат хлоринового ряда—фотодитазин, синтезированный в Институте биомедицинской химии РАМН, г. Москва, который вводился животным внутрибрюшинно в дозе 2,5 мг/кг веса. Источником лазерного излучения служили полупроводниковые лазерные аппараты «Ламе-да» (662 нм) и «Аткус-2» (666 нм). Доза световой энергии составляла 300 Дж/см2. Время лазерного облучения варьировало в зависимости от диаметра поля облучения (который, в свою очередь, зависел от размера опухоли). Для близкофокусной лучевой терапии использовалась рентгеновская установка РУМ-7.
Все животные были разделены на 6 групп, в каждую из которых входило не менее 7. Первой группе было проведено однократное рентгеновское облучение в дозе 5 Гр; второй—фракционированное рентгеновское облучение в дозе 10 Гр (2 дня подряд по 5 Гр); третьей — фракционированное рентгеновское облучение в дозе 15 Гр (3 дня подряд по 5 Гр); четвертой, пятой и шестой— рентгенотерапия в таких же суммарных дозах и режимах облучения, как в первой, второй и третьей группах соответственно, но на следующий день после последнего рентгеновского облучения им также был проведен сеанс ФДТ в стандартном варианте (доза фотосенсибилизатора и световая доза указаны выше).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Полученные результаты приведены в таблице. Из нее видно, что при изолированной рентгенотерапии в дозе 5 Гр однократно только у 2 животных из 9 на 21-е сутки наблюдения отмечена полная регрессия опухоли, у 7 животных имел место продолженный рост, хотя темпы роста опухоли были значительно ниже, чем у животных в контроле. При фракционированной рентгенотерапии в суммарной дозе 10Грна21-е сутки наблюдения полная регрессия опухоли была отмечена у 6 животных из 10, что почти в 3 раза выше (в % отношении), чем при однократном рентгеновском облучении в дозе 5 Гр; у 3 животных наблюдался продолженный рост также с очень низкими темпами роста опухолей по сравнению с контролем; и у 1 животного — торможение роста опухоли. И, наконец, при фракционированном 3-кратном облучении в суммарной дозе 15Грна7-е; 10-е; 14-е сутки у всех животных в группе наблюдалась полная регрессия опухоли, и лишь на 21-е сутки у 2 из 12 животных отмечен незначительный продолженный рост опухолей.
При однократном рентгеновском облучении в дозе 5 Гр в сочетании с ФДТ на 7-е — 10-е сутки наблюдалось улучшение результатов лечения — у 5 из 11 животных отмечена полная регрессия опухоли, однако к 21-м суткам наблюдения результаты лечения мало отличаются от результатов в группе животных с изолированным рентгеновским облучением в той же дозе. Применение же ФДТ после фракционированой рентгенотерапии —после 2- кратного в суммарной дозе 10 Гр и 3-кратного в суммарной дозе 15 Гр рентгеновского облучения значительно улучшает результаты лечения —начиная с 10-х суток и до конца наблюдения, в
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ 33
Лучевая и комбинированная (лучевая+ФДТ) терапия экспериментальной опухоли саркомы М-1
Доза лучевой терапии, Гр и ФДТ Число наблюдений, п Показа- тели* Сроки наблюдений
7-е сутки 10-е сутки 14-е сутки 21-е сутки
5 Гр 9 1. 2. 3. 4. 5. 11,11 66,67 0,96±0,26 22,22 - 0,60±0,17 33,33 44,44 0,87±0,43 22,22 - 0,46±0,28 22,22 55,55 3,18±0,98 22,22 - 0,28±0,14 22,22 77,78 5,12±1,27
5 Гр+ 5 Гр 10 1. 2. 3. 4. 5. 90.0 0,48±0,08 10.0 0,00 Измерения не производились 40.0 30.0 0,40±0,14 30.0 - 0,49±0,22 60,0 30.0 3,32±0,88 10.0 -0,25
5 Гр + 5 Гр + 5 Гр 12 1. 2. 3. 4. 5. 100,0 100,0 100,0 83,33 16,67 0,94±0,1
5 Гр + ФТД 11 1. 2. 3. 4. 5. 63,64 27,27 0,93±0,39 9,09 -0,61 54,54 36,36 2,30±0,54 9,09 -0,38 45,45 54,54 3,83±0,90 36,36 63,64 15,47±7,99
5 Гр + 5 Гр + ФТД 10 1. 2. 3. 4. 5. 90.0 10.0 0,37+0,55 100,0 100,0 100,0
5 Гр + 5 Гр + 5 Гр + ФТД 7 1. 2. 3. 4. 5. 100,0 100,0 100,0 100,0
Контроль п=36
К прироста 8,42±0,69 18,03±2,84 45,85±6,46 76,73±8,62
* Показатели: 1. Полная регрессия опухоли (%). 2. Продолженный рост (%). 3. Коэффициент прироста опухоли (К±т). 4. Торможение роста опухоли (%). 5. Коэффициент торможения роста опухоли (К±т).
обоих случаях наблюдалась полная регрессия опухолей у всех животных.
ВЫВОДЫ
Комбинация рентгенотерапии с ФДТ дает возможность уменьшить дозу применяемого ионизирующего излучения. Фракционированная рентгенотерапия в суммарной дозе 10 Гр в сочетании с ФДТ дает полную регрессию опухолей у всех животных уже с 10-х суток наблюдения и является оптимальной. Этот результат значительно лучше, чем фракционированная рентгенотерапия в той же дозе без применения ФДТ, которая дает лишь снижение темпов роста опухолей по сравнению с контролем.
Таким образом, комбинация лучевой и фотодина-мической терапии весьма перспективна и, возможно, позволит в дальнейшем разработать соответствующую методику лечения злокачественных опухолей мягких тканей в клинике.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бардычев М. С., Цыб А. Ф. Местные лучевые повреждения. — М.: Медицина, 1985. — 239 с.
2. Гаркуша Н.Ф., Гончарова Н.Ю. Характеристики саркомы М-1 крыс // Биологические науки. —1990. — №6. — С.154-159.
3. Каплан М. А., Никитина Р.Г., Романко Ю. С. и др. Фото-динамическая терапия саркомы М-1 у эксперименталь-
ных животных // Лазерная медицина. — 1998. — Т. 2 — Вып. 2-3. — С. 38-42.
4. Линденбратен Л. Д., Короток И. П. Медицинская радиология (основы лучевой диагностики и лучевой терапии). — М.: Медицина, 2000. — 544 с.
5. Странадко Е. Ф., Маркичее Н.А., Рябов М.В. Фотодина-мическая терапия при раке слизистой оболочки полости рта, языка и нижней губы: Методические рекомендации № 99/79. — М.: Губернская медицина, 2002 — 32 С.
6. Странадко Е.Ф. Исторический очерк развития фото-динамической терапии: Обзор // Лазерная медицина.
— 2002. — Т. 6. — Вып. 1. — С. 4-8.
7. Цыб А.Ф., Каплан М.А. Возможности и перспективы применения фотодинамической терапии // Российские медицинские вести. — 2002. — Т. 1, № 2. — С. 19-25.
8. Цыб А.Ф., Катан М. А., Молочков В А. и др. О применении фотодинамической терапии в лечении солитарных и множественных базалиом // Российский журнал кожных и венерологических болезней. — 2000. — №4. — С.4-12.
9. Шинкаренко Н.В., Алесковский В.Б. Химические свойства синглетного молекулярного кислорода и значение его в биологических системах // Успехи химии. — 1982. — Т. LI, № 5. — С. 719-735.
10. Allman R., Cowburn P., Mason M. Effect of photodynamic therapy in combination with ionizing radiation on human squamous ceel carcinoma cell lines of the head and neck //Br. J. Cancer. — 2000. — Vol. 83.—P.655-661.
11. Bugelski P.J., Porter C.W., Dougherty T.J. Autoradiographic distribution of hematoporphyrin derivative in normal and tumor tissue of the mouse // Cancer Res. — 1981. — Vol. 41. — P. 4606-4612.
12. Corti L., Skarlatos J., Boso C. et al. Outcome of patients receiving photodynamic therapy for early esophageal cancer // Int. J. Radial. Oncol. Biol. Phys. — 2000. — Vol . 47.—P. 419-424
13. Dan J. Castro. Laser Phototherapy // Laryngoscope 101.
— July 1991,— P. 1-8.
14. Dougherty T.J. Photoradiotion therapy for cutaneous and subcutaneous malignancies // J. Invest. Derm. — 1981. — Vol. 77, —P. 122-124.
15. Hashiguchi S, Kusuzaki R., Murati H. et al. Acridine Orange excited by low-dose radiation has a strong cytocidal effect on mouse osteosarcoma // Oncology. — 2002. — Vol. 62. — P. 85-93.
16. Kennedy J.C., Pottier R.H., Pross D.C. Photodinamic therapy wich endogenous protoporphyrin IX: basic principles and present clinical experienc // J. Photochem. Photobiol. B. — 1990. — Vol. 6 — P. 143-148.
17. Kohen E., Santus R., Hirschberg I. G. Photobiology. — Sandiego: London, 1995.
18. LipsonR.L., Baldes E.J., Olsen A.M. The use of a derivative of hematoporphyrin in tumor defection // J. Nat. Cancer Inst. — 1961. — Vol. 26. — P. 1-8.
19. Pass H.I. Photodinamic therapy in oncology: mechanisms and clinical use // J. Nat. Cancer Inst. — 1993. — Vol. 85, № 6. — P. 443-456.
20. Schaffer M., Schaffer P.M., Jori G. et al. Radiation therapy combined with photofrin or 5 — ALA: effect on Lewis sarcoma tumor lines implauted in mice. Preliminary resullts // Tumori. — 2002. — Vol. 88. — P. 407-410.
21. Thomas J. Dougherti. Editor, Proc. SPIE. Photodynamic Therapy: Mechanisms II. — 1990. — Vol. 1203. — P. 303.
