CC BY
67
© К.С. Корчагина, С.В. Гамаюнов, Л.А. Воропаева, Н.М. Шахова, 2017
УДК 616-006.63
патоморфологические изменения тканей после проведения фдт (обзор литературы)
к.с. корчагина1, с.В. Гамаюнов1'2,4, л.А. Воропаева1,2, Н.М. Шахова3
1АУ «Республиканский клинический онкологический диспансер» МЗ ЧР, г. Чебоксары 2ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова», г. Чебоксары 3ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук», г. Нижний Новгород
4ФГБУ «Приволжский федеральный медицинский исследовательский центр» МЗ РФ, г. Нижний Новгород
PATHOMORPHOLOGICAL CHANGEs IN TIssUEs AFTER PDT (LITERATURE REVIEW)
K.S. Korchagina1, S.V Gamayunov124, L.A. Voropaeva1,2, N.M. Shakhova3
Republic Clinical Oncology Center, Cheboksary
2Chuvash State University named after I.N. Ulyanov, Cheboksary
3Federal Research Center the Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod 4Volga Federal Medical Research Center, Nizhny Novgorod
Корчагина Ксения Сергеевна — врач-патологоанатом АУ «Республиканский клинический онкологический диспансер» МЗ ЧР
155450, Ивановская область, г. Юрьевец, ул. Титова, д. 12, кв. 23, тел. +7-937-378-80-23, е-mail: [email protected]
Korchagina K.s. — pathomorphologist of the Republic Clinical Oncology Center
12-23 Titov Str., Jur'evec, Ivanovskaja oblast', Russian Federation, 155450, tel. +7-937-378-80-23,
e-mail: [email protected]
реферат. Фотодинамическая терапия (ФДТ) — является перспективным методом лечения опухолей с широким потенциалом, как клинических, так и научных применений. Однако остаются вопросы, которые требуют дополнительного изучения. Среди них — биораспределение фотосенсибилизатора, фотодинамические реакции и морфологические изменения, которые происходят в опухолях человека в ходе лечения. Изучение морфологического ответа опухолей кожи человека в ответ на ФДТ с применением фотосенсибилизаторов хлоринового ряда необходимо для понимания механизмов ФДТ и разработки новых стратегий лечения.
Ключевые слова: фотодинамическая терапия, фотосенсибилизаторы хлоринового ряда, морфологические изменения, сосудистые механизмы.
Abstract. Photodynamic therapy (PDT) is a promising method for the treatment of tumors with a broad potential of clinical and research applications. However, there remain issues that need to be clarified. Among them are photosensitizer (PS) biodistribution in the tumor, photodynamic reactions which occur in human tumors, and morphological responses. Studying of the morphological response of human skin tumours after PDT with Chlorine E-6 photosensitizers is necessary for understanding mechanisms of PDT and developing new treatment strategies.
Key words: photodynamic therapy (PDT), Chlorine E-6 photosensitizers, morphological changes, vascular mechanisms of PDT.
Фотодинамическая терапия — новый, активно развивающийся метод лечения, широко применяемый в различных областях медицины. В онкологии метод доказал свою эффективность в лечении опухолевых и предопухолевых заболеваний кожи, нижней губы, языка, слизистой полости рта, гортани, легкого, мочевого пузыря, органов желудочно-кишечного тракта, гениталий и других локализаций [1].
Для осуществления фотодинамического эффекта необходимо взаимодействие трех компонентов: фотосенсибилизатора, лазерного света определенной длины волны и эндогенного кислорода. На первом этапе препарат, введенный в организм, избирательно накапливается в опухолевой ткани. По-видимому, это связано с особенностями строения сосудистого и лимфатического русла, рецепторного аппарата клеток, pH
среды. Под воздействием лазерного света фотосенсибилизатор переходит в возбужденное состояние. Далее возможно развитие фотохимических реакций двух типов. При этом основная повреждающая роль отводится синглетному кислороду, обладающему свойствами сильного окислителя биологических молекул. Короткий период жизни последнего также способствует селективному повреждению опухолевой ткани [2]. Помимо прямого цитотоксического эффекта имеют место сосудистые и иммунные механизмы противоопухолевого действия [3]. Влияние ФДТ на эндотелий приводит к нарушению микроциркуляции в виде спазма артериол, повышения проницаемости, сладж-феномена и, в конечном итоге, формирования тромбов. Большая роль в индукции сосудистых реакций принадлежит медиаторам воспаления и цитоки-нам, которые вырабатываются в ответ на фотохимическое воздействие [1, 2].
Разрушение клеток и эндотелия сосудов опухоли служит пусковым фактором развития иммунных реакций. Фотозависимое повреждение индуцирует выделение медиаторов, провоцирующих местную воспалительную реакцию, основными участниками которой являются нейтрофилы, дендритные клетки и макрофаги [4]. Эти вновь прибывшие неспецифические иммунные эффекторные клетки уничтожают клетки опухоли. При дегрануляции мигрирующих нейтрофилов высвобождаются токсические кислородные радикалы, миелопероксидаза и лизосомаль-ные ферменты, обуславливая значительное повреждение опухолевой ткани. Нейтрофилы поддерживают процессы повреждения, высвобождая субстанции хемотаксиса, привлекающие новую волну инвазии иммунных клеток [5].
Развитие опухолеспецифического иммунитета связано с дендритными клетками и макрофагами, выступающими в роли антигенпрезентирующих клеток. Это приводит к последовательной активации СР4-, а затем СР8 Т-клеточных клонов и элиминации остаточных опухолевых клеток. Роль гуморального иммунитета при фотодинамической терапии остается не до конца изученной [6].
Успехи, достигнутые в области молекулярных исследований, открытие новых фотосенсибилизаторов, работы по оптимизации параметров воздействия, несомненно, привели к увеличению клинической эффективности ФДТ [7]. Однако до сих пор остаются вопросы, требующие дальнейшего изучения, и ответы на которые, возможно, откроют новые аспекты в понимании и применении метода. С этих позиций до-
вольно перспективной представляется проблема па-томорфоза. Гистологическое исследование позволяет наиболее объективно оценить ответ на проводимую терапию, при этом основным параметром является объем и особенности сохранивших жизнеспособность опухолевых клеток [8]. Механизмы противоопухолевого действия ФДТ остаются недостаточно изученными. Имеющиеся данные позволяют рассуждать о многих аспектах ФДТ только на уровне теорий и носят поисковый характер [9].
Таким образом, изучение патоморфоза позволит, с одной стороны, оценить эффективность метода, с другой — более детально изучить механизмы и точки приложения ФДТ на клеточном уровне.
Заслуживает внимания диссертационная работа Бикбова Эльмира Надировича «Особенности деструкции опухоли на модели экспериментальной адено-карциномы Эрлиха при фотодинамической терапии с сенсибилизатором второго поколения хлоринов» [9]. Изучение патоморфоза проводилось на модели экспериментальной аденокарциномы Эрлиха, полученной у беспородных лабораторных мышей. В качестве ФС использовался радахлорин. При гистологическом исследовании было установлено, что в первые 30 мин. после ФДТ происходит спазм сосудов микроциркуляторного русла, сопровождающийся их паретическим расширением в отдельных участках, наблюдаются начальные проявления формирования тромбов. Достоверных данных о прямом повреждении опухолевых клеток в этот период получено не было. При сроках наблюдения 1-3 ч. после ФДТ нарастают ангиопаретические и гемореологические расстройства в виде пареза артериол, капилляров, стаза крови с агглютинацией эритроцитов в просвете сосудов. Такие сосудистые изменения с формированием тромбоза в них приводят к прогрессирующему ише-мическому некрозу опухоли. С этого периода становилось возможным оценить масштабы повреждений опухоли в результате ФДТ. Третий период наблюдения включал сосудистые и некробиотические изменения. Причем эти процессы носили необратимый характер. К 6-ти часам отмечались изменения в стенках сосудов в виде их плазматического пропитывания, сужения вплоть до полного отсутствия просвета артериол за счет набухшего эндотелия. Позднее, на отметках исследования в 12 и 24 часа, отмечались выраженные дистрофические изменения в сосудах, периваскуляр-ный отек и инфильтрация и, в конечном итоге, к концу первых суток после ФДТ происходит полная дезорганизация сосудистой сети опухоли. К 3-4 дню наблю-
дались выраженные некробиотические изменения: увеличении зоны некроза опухоли на фоне уменьшения объемной плотности эпителия и формирования демаркационной линии.
В четвертом периоде фиксировали четкую демаркацию сухого опухолевого струпа от окружающих здоровых тканей с последующим его отторжением и появлением грануляционной ткани (6 сутки) на границе с некротизированной опухолью и началом краевой эпителизации. Полученные результаты позволяют считать необратимое повреждение микроциркуля-торного русла одной из причин гибели опухоли в результате ФДТ.
Корреляция между дезорганизацией сосудистого русла и снижением пролиферации опухолевых клеток показана в работе Ю.С. Романко и др. [10]. Объектом изучения была саркома М-1, имплантированная самцам белых беспородных крыс. В качестве фотосенсибилизатора применялся фотодитазин.
При этом помимо прямого цитотоксического эффекта, преобладающего в первые сутки после лечения, отмечена роль сосудистых механизмов в виде формирования эритроцитарных тромбов в просвете сосудов и последующего ишемического некроза клеток опухоли.
В более ранних работах Р.1 Виде^И с соавт. при ау-торадиографическом исследовании с использованием меченого тритием производного гематопорфири-на на модели мышиной опухоли БМТ-Р и саркомы-180 и с помощью флюоресцентной микроскопии было показано, что фотосенсибилизатор локализуется в сосудах стромы опухоли, причем в концентрации, в пять раз превышающей концентрацию фотосенсибилизатора в самих опухолевых клетках и вокруг них. При гистологическом исследовании самые ранние изменения выявлялись внутри и вокруг сосудов опухоли. Они состояли в закупорке сосудов слипшимися эритроцитами и некоторой энуклеацией клеток непосредственно вблизи сосудов. В более поздние сроки наблюдения определялась очевидная экстравазация эритроцитов наряду с явной тотальной деструкцией опухолевых клеток [9, 11].
Исследования ряда других авторов (Castellani А., et а1.) также свидетельствуют об избирательном повреждении эндотелия микроциркуляторного русла в ранние сроки после ФДТ [12].
Отдельная и, пожалуй, ключевая роль в осуществлении сосудистых механизмов противоопухолевого действия ФДТ отводится тромбоцитарному звену и тромбоцитарным эффектам. Изменения формы и
повреждение эндотелиальных клеток, расширение межэндотелиальных промежутков и, как следствие, увеличение сосудистой проницаемости приводят к выбросу вазоактивных веществ, в частности, проста-гландинов, лейкотриенов, тромбоксана и др. В результате запущенного каскада реакций происходит активация тромбоцитов, их адгезия к поврежденным участкам сосудистой стенки и на завершающем эта-пе-формирование тромба. Нарушение нормального метаболизма в месте окклюзии ведет к тканевой гипоксии и, в конечном итоге, гибели опухолевой клетки. По мнению Mathias O. et al., подобные изменения сосудистого русла могут выступать как потенциальный повреждающий фактор при лечении опухолей, по своему объему значительно превышающий глубину проникновения лазерного света [13]. Кроме того, довольно интересные данные были получены при изучении процессов агрегации тромбоцитов in vitro после фотодинамического воздействия в присутствии различных лигандов адгезии. Уровень тромбоцитар-ной агрегации оказался относительно невысоким в присутствии фибриногена и фактора Виллебранда, вместе с тем он был существенно выше в присутствии коллагена. Выявленная зависимость позволяет предположить, что подобные внутрисосудистые изменения будут более выражены в венулах и артериолах, стенки которых содержат большое количество колла-геновых волокон и менее выражены в крупных сосудах [13].
Fabrizio Fantini et al. изучали патоморфоз и прицельно механизмы клеточной гибели после ФДТ с 5ALA базально-клеточного рака кожи и болезни Боуэна у человека [14]. При стандартной световой микроскопии уже через 15 минут после процедуры отмечались воспаление и отек стромы, характеризующиеся расширением кровеносных сосудов, периваскулярным отеком, экстравазацией. Через
1 час отмечалось появление первых апоптотических признаков: конденсация хроматина, пикноз ядер, увеличение ядерно-цитоплазматического отношения. Данные световой микроскопии подтверждались другими методиками. Так, по данным TUNEL-методики через 1 час после лечебного воздействия все клетки в эпидермисе, и по периферии опухолевого очага в дерме, были подвержены апоптотическим изменениям. Важно, что до процедуры только единичные опухолевые клетки были TUNEL-положительными. При ИГХ-исследовании также наблюдалось увеличение каспаза-3 положительных опухолевых клеток через
2 часа после воздействия и их снижение после 48 ча-
сов. Таким образом, была показана роль апоптоза, как одного из основных механизмов гибели опухолевых клеток после ФД воздействия [14]. Сопоставимые результаты описывают и другие авторы [15]. В качестве маркеров апоптоза опухолевых клеток после проведения ФДТ применяли TUNEL методику ИГХ и оценивали экспрессию каспазы-3.
Возможности современного оснащения цитологических и гистологических лабораторий позволяют проводить оценку патоморфоза на ультраструктурном уровне. Довольно интересной диагностической опцией для этих целей является методика FISH-гибридизации. Prasad G.A. et al. изучали патоморфоз после ФДТ у пациентов с высоким риском дисплазии при пищеводе Баррета и раком пищевода in situ. Помимо стандартного гистологического исследования с помощью FISH-методики оценивались генетические маркеры, которые могли быть значимыми для данной патологии (8q24.12-q24.13 (C-MYC), 9p21 (Р16), 17p13.1 (p53), 17q11.2-q12 (HER-2), and 20q13.2). Brush-биопсия выполнялась до процедуры и через 3 месяца после нее. При анализе полученных результатов отмечалось, что при полном гистологическом ответе в сочетании с FISH-позитивным результатом рецидивы заболевания отмечались в 33%. В то же время при полном ответе, подтвержденном одновременно гистологическим и FISH-методами рецидивов заболевания при сроке наблюдения 22 мес. зарегистрировано не было. По мнению авторов, исследование имеет ряд ограничений и необходимо дальнейшее изучение данного вопроса в рамках многоцентровых исследований. Однако очевидно, что оценка патоморфоза является достаточно сложной задачей и использование комплексного подхода с применением различных методик в ее решении позволить получить более достоверные данные [16].
заключение
В результате ФДТ происходит широкий спектр па-томорфологических изменений тканей опухоли, связанных с прямыми фототоксическими эффектами, изменениями микроциркуляторного русла, развитием иммунных реакций. Вероятно, преобладание того или иного компонента зависит от типа ФС, его распределения, способа доставки, типа опухоли, выбора режима облучения [17].
Следует отметить, что подавляющее число работ по изучению патоморфоза после ФДТ выполнено на экспериментальных моделях и демонстрирует преимущество сосудистых механизмов повреждения опу-
холи при реализации фотодинамической реакции. В работе Fabrizio Fantini et al. изучали патоморфоз ба-зально-клеточной карциномы кожи и болезни Боуэна у человека после ФДТ, однако авторы использовали местное применение ФС и в качестве последнего использовали 5-ALA — индуктор синтеза эндогенного протопорфирина IX, что, безусловно, влияет на механизмы реализации фотодинамической реакции. В доступной нам литературе мы не нашли данных об изменениях в опухолях кожи у человека после ФДТ с фотосенсибилизаторами хлоринового ряда.
Полученные данные могут служить основой для разработки новых терапевтических подходов. Так довольно интересной опцией представляется двухэтап-ное облучение патологического очага [18, 19]. По данным флуоресцентной микроскопии через 15 минут после внутривенного введения вертепорфина наблюдалась преимущественная его локализация в микро-циркуляторном русле, а через 3 часа после инъекции — распределение по всей паренхиме опухоли. Комбинированное лазерное облучение в эти временные промежутки приводит к повышению противоопухолевой активности за счет сочетания ишемического и прямого цитотоксического эффектов. При этом не было отмечено дополнительного повреждения окружающих здоровых тканей.
Следует заметить, что наряду с повреждающим действием на опухолевую ткань в результате блока микроциркуляции, имеются данные о ФДТ-индуцированном неоангиогенезе. Patrycja Nowak-Sliwinska et al. оценивали сосудистое русло на модели мембраны хорионаллантоиса куриного эмбриона. При анализе изображений, полученных методом флуоресцентной ангиографии, через 24 часа после ФДТ в зоне воздействия наблюдалась полная ангиоокклю-зия, но уже через 48 часов отмечалось восстановление кровотока. Это происходило, как за счет роста новых сосудов от периферии к центру облучаемой области, так и за счет реперфузии старых. Кроме того с помощью RT-PCR показаны пики экспрессии VEGF и bFGF уже через 6 часов после ФДТ [20].
Это является предпосылками к сочетанию ФДТ с таргетными молекулами, в частности, ингибиторами VEGF, с целью нивелировать процессы индуцированного неоангиогенеза [21].
Проведенный обзор литературных данных диктует актуальность проведения новых исследований по изучению патоморфоза после ФДТ в том числе и для опухолей у человека. Детально изучение морфологических изменений в опухоли и окружающих нормальных тканях необходимо для более глубокого
понимания механизмов фотодинамической терапии и разработки новых, более эффективных стратегий и режимов воздействия.
Литература
1. Dougherty T.J., Gomer C.J., Henderson B.W., et al. Photodynamic Therapy // J. Natl. Cancer Inst. — 1998 Jun 17. — P. 889-905.
2. Гельфонд М.Л. Фотодинамическая терапия в онкологии // Практическая онкология. — 2007. — Т. 8, №4. — P. 204-210.
3. Dolmans D.E., Fukumura D. и Jain R.K. Photodynamic therapy for cancer // Nat. Rev. Cancer. — 2003. — Т. 3, №5. — P. 380-387.
4. Абакушина Е.В., Романко Ю.С., Каплан М.А. и Каприн А.Д. Противоопухолевый иммунный ответ и фотодинамическая терапия // Радиация и риск.
— 2014. — Т. 23, №4. — P. 92-98.
5. Филоненко Е.В. Флуоресцентная диагностика и фотодинамическая терапия в онкологии. — М., 2006. — C. 28.
6. Agostinis P., Berg K., Cengel K.A., et al. Photodynamic Therapy of Cancer: An Update // CA Cancer J. Clin. —
2011. — P. 250-281.
7. Palumbo G. Photodynamic therapy and cancer: a brief sightseeing tour // Expert Opinion on Drug Delivery.
— March 2007. — Vol. 4, №2. — P. 131-148.
8. Грабовой А.Н., Тарасова Т.О. и Кошубарова М.В. Гистологическая оценка ответа опухоли на химио-/ лучевую терапию // Клиническая онкология. —
2012. — Т. 2, №6. — P. 138-143.
9. Бикбов Э.Н. Особенности деструкции опухоли на модели экспериментальной аденокарциномы Эр-лиха при фотодинамической терапии с сенсибилизатором второго поколения хлоринов. — Уфа, 2010.
10. Романко Ю.С., Цыб А.Ф., Каплан М.А. и В.В. Попучи-ев Зависимость противоопухолевого эффекта фотодинамической терапии от плотности световой энергии // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. — 2005. — Т. 139, №4. — P. 456-461.
11. Bugelski P.J., Porter C.W. и 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. Castellani A., Pace G.P. u Concioli M.J. // Path. Bact. — 1983. — №86. — P. 99-102.
13. Senge M.O., Radomski M.W. Platelets, photosensitizers, and PDT // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. — February 2013. — Vol. 10, Issue 1. — P. 1-16.
14. Fantini F., Greco A., Cesinaro A.M., et al. Pathologic Changes After Photodynamic Therapy for Basal Cell Carcinoma and Bowen Disease A Histologic and Immunohistochemical Investigation // Arch. Dermatol. — 2008. — T. 144, №2. — P. 186-194.
15. Nakaseko H., Kobayashi M., Akita Y., et al. Histological changes and involvement of apoptosis after photodynamic therapy for actinic keratoses // Br. J. Dermatol. — Jan 2003. — T. 148, №1. — P. 122-7.
16. Prasad G.A., Wang K.K., Halling K.C., et al. Correlation of histology with biomarker status after photodynamic therapy in Barrett esophagus // Cancer. — 1 Aug 2008. — T. 113, №3. — P. 470-476.
17. H.-K. Mahmoud Photodynamic Therapy.From Theory to Application. — Verlag Berlin Heidelberg: Springer, 2014. — P. 61.
18. Kurohanea K., Tominagab A., Satob K., et al. Photodynamic therapy targeted to tumor-induced angiogenic vessels // Cancer Letters. — 2001. — №167. — P. 49-56.
19. Chen B., Pogue B.W., Hoopes P.J. u Hasan T. Combining vascular and cellular targeting regimens enhances the efficacy of photodynamic therapy // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. — 15 Mar 2005. — T. 4, №61. — P. 1216-26.
20. Nowak-Sliwinska P., van Beijnum J.R., van Berkel M., et al. Vascular regrowth following photodynamic therapy in the chicken embryo chorioallantoic membrane // Angiogenesis. — Dec 2010. — T. 13, №4. — P. 281-292.
21. Weiss A., den Bergh H., Griffioen A.W. u Nowak-Sliwinska P. Angiogenesis inhibition for the improvement of photodynamic therapy: the revival of a promising idea // Biochim Biophys Acta. 1826 (1). — Aug 2012. — T. 1, №1826. — P. 53-70.
Конфликт интересов
Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Источник финансирования
Авторы заявляют об отсутствии финансирования при проведении исследования.
