Даны общие принципы лазерной фотодинамической терапии, ее применение в медицине, а также принцип фотодинамического воздействия на патологические ткани синглетного кислорода, генерируемый от возбужденных (триплетных) молекул кислорода фотосенсибилизаторов и инициирующего деструктивные процессы в вирусах, клетках и тканях. Известно, что в тканях достаточно воды и генерация синглетного кислорода может быть без экзогенных фотосенсибилизаторов с использованием инфракрасного лазерного излучения с длиной волны, соответствующей максимуму поглощения растворенного в тканях молекулярного кислорода. Лабораторные испытания нового наносекундоного лазерного генератора «Super SEB» доказывают, что беспигментная лазерная генерация синглетного кислорода с применением импульсного низкочастотного режима излучения эффективнее непрерывного излучения и может стать перспективным направлением фототерапии в практической медицине и стоматологии.
В современной медицине использование лазерных технологий распространено достаточно широко, так как их отличает гуманистическая направленность. Лазерные генераторы позволяют получать монохроматическое излучение высокой мощности и благодаря этому избирательно поражать необходимые мишени, избегая повреждения других структур. Лечение с применением лазерных технологий отличается малой инвазивностью, низкой системной токсичностью, отсутствием генотоксичности. [1, 2]. Низкоинтенсивное лазерное излучение обладает фибрино- и тромболитическими свойствами, оказывает противовоспалительное и противоотечное действие [3].
Фотохимические эффекты лазерного излучения лежат в основе метода лечения с использованием фотодинамической (ФДТ) лазерной терапии. Она является результатом комбинированного действия трех компонентов – фотосенсибилизатора, лазерного излучения и кислорода с образованием молекулярного синглетного кислорода.
Благодаря высокой окислительной активности, синглетный кислород вступает в химические реакции с биологическими структурами, запуская реакцию перекисного окисления липидов в клетке или околоклеточном пространстве. Деструкция биологических субстратов приводит также к образованию свободных радикалов, обладающих вторичным повреждающим действием на клетки.
Новые медицинские технологии с использованием фотодинамической терапии разработаны в разных отраслях медицины: офтальмологии, оториноларингологии, урогинекологии, оперативной дерматологии, косметологии, хирургии, в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии [4].
На данном этапе развития фотодинамической терапии невозможны фотохимические реакции в тканях без фотосенсибилизаторов. В качестве фотосенсибилизаторов может выступать большое количество соединений: производные гематопорфирина, δ-аминолевулиновой кислоты, производные фталоцианинов, бензопорфиринов, бактериохлорофиллов, производные хлорина е6 [5].
Степень проникновения фотосенсибилизатора в ткани напрямую зависит от его концентрации. Однако, с повышением концентрации препарата повышается его токсичность. Селективность фотосенсибилизатора зависит от основного вещества, из которого изготавливается препарат. Кроме того, эксперименты показали, что деструкция тканей не происходит с той же селективностью, с какой происходит накопление сенсибилизаторов.
Представляет интерес поиск возможности проведения фотодинамической терапии в тканях без применения фотосенсибилизаторов, т.е. способа прямой генерации синглетного кислорода по следующей схеме:
1. 3O2 + hv → 1O2,
2. 1O2 + Substrate → Oxidation,
Известно, что максимальная проницаемость тканей находится в дальней красной и ближней ИК области 750 — 1500 нм. Кроме того, эксперименты показали, что максимальное поглощение кислорода происходит при облучении длиной волны близкой к 1270 нм.[6,7].
Изучение физических параметров наносекундного диодного лазера и сравнительная оценка фотохимических эффектов in vitro.
В работе использовался разработанный нашей исследовательской группой наносекундный лазерный аппарат для медицинского применения с сенсорным дисплеем управления «Super SEB», сконструированный ООО «Лазерные хирургические технологии» (г. Москва) на основе полупроводниковых кристаллов, имеющий основной (ИК) излучатель с длиной волны, примерно соответствующей максимуму поглощения кислорода (1273 нм). ИК-излучатель работает в стационарном режиме (мощность можно варьировать) и четырех переменных (мощность в каждом из них фиксирована). Излучение фокусировалось в оптическом световоде диаметром 500 мкм. Режимы излучения непрерывный и импульсный наносекундный, мощность излучения регулировалась от 0,05 Вт до 0,7 Вт.
Для регистрации синглетного кислорода использовались модельные среды - водные детергентные растворы ловушки синглетного кислорода 1,3 дифенилизобензофурана (ДФИВФ). При взаимодействии с синглетным кислородом ДФИВФ образует бесцветную эндоперекись. Контроль за реакцией выделения синглетного кислорода осуществлялся с помощью спектрофотометра по выцветанию при лазерном облучении основной полосы поглощения ловушек при 412 нм. Для точности определения ответственности синглетного кислорода за убыль субстрата в раствор добавлялись тушители синглетного кислорода. Для освобождения растворов от растворенного кислорода проводили барботации растворов азотом.
В результате исследований было установлено, что в стационарном режиме спектр излучения при продолжительной работе лазера смещается в длинноволновую сторону примерно с 1265 до 1280 нм. При этом спектр излучения лазера не зависел от установленного уровня мощности. В переменных режимах спектр излучения имеет ту же форму, что и в стационарном, но очень мало смещается при длительной работе (около 1275, может сдвигаться на 1-2 нм). (рис.1).
При использовании "переменных" режимов сигнал модулирован с частотой менее герца, т. е. обнаружены низкочастотные колебания сигнала. Осциллограф легко выявляет низкочастотную модуляцию с частотой 0,2 Гц. (рис.2).
В фотохимических экспериментах в качестве ловушки синглетного кислорода использован 1,3-дифенилизобензофуран. При освещении аеробных растворов ловушек лазерным излучением во всех режимах приводило разрушению ловушки (рис. 3).
Проведенные эксперименты показали, что в импульсном режиме лазерное излучение данного аппарата было примерно на 20% более эффективно, чем в непрерывном.
Результаты данного исследования позволяют утверждать, что деструкция биологических тканей, богатых кислородом, в принципе, возможна под действием лазерного излучения с длиной волны 1270 нм. Конструирование лазерного аппарата, способного к работе в наносекундном импульсном режиме, позволяющем генерировать мощные короткие импульсы лазерного излучения, позволит повысить пиковую мощность светового потока без существенного нагрева тканей.
1. Беликов А.В., Скрипник А.В. Лазерные биомедицинские технологии (часть 1): учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО 2008, 116.
2. Шахно Е.А. Физические основы применения лазеров в медицине // С-Пб, Учебное пособие, 2012 – 129с.
3. Генина Э.А. Методы биофотоники: фототерапия. // Саратов «Новый ветер», Уч. пособие, 2012- 119 с.
4. Josefsen L.B., Boyle R.W. Photodynamic therapy: novel third-generation photosensitizers one step closer? Br J Pharmacol 2008; 154: 1—3.
5. Гейниц А.В., Сорокатый А.Е., Ягудаев Д.М., Трухманов Р.С. Современный взгляд на механизм фотодинамической терапии. Фотосенсибилизаторы и их биодоступность. Урология 2006; 5: 94—98.
6. Красновский A.A., Дроздова Н.Н., Иванов A.В., Aмбарцумян Р.В. Активация молекулярного кислорода инфракрасным лазерным излучением в аэробных системах, не содержащих пигментов. Биохимия, 2003, 68, № 9,1178–1182.
7. Чунихин А.А., Базикян Э.А., Красновский А.А., Сырникова Н.В., Чобанян А.Г. Перспективы совершенствования малоинвазивных лазерных технологий в фотодинамической терапии стоматологических патологий / Российская стоматология, 2015. - №2. с. 70-74.