Современные перспективы использования фотосенсибилизаторов с агрегационно-индуцированной эмиссией в лечении злокачественных новообразований

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Фотодинамическая терапия (ФДТ) — один из важных методов неинвазивного лечения различных онкологических и инфекционных заболеваний. Она обычно осуществляется с использованием трёх основных компонентов: фотосенсибилизатора, света и кислорода. Ключевыми факторами для эффективного применения ФДТ служат реактогенные формы кислорода, которые вырабатываются при окислении фотосенсибилизаторов под воздействием светового облучения.

Для увеличения продукции реактогенных форм кислорода предложено использовать фотосенсибилизаторы с агрегационно-индуцированной эмиссией. На современном этапе в онкологии выделяют следующие методики ФДТ, в которых применяют фотосенсибилизаторы с агрегационно-индуцированной эмиссией: ФДТ, поглощающую ближнее инфракрасное излучение; активируемую ферментами или глютатионом ФДТ; гипоксическую ФДТ; синергетическую терапию.

По сравнению с видимым светом ближнее инфракрасное излучение (700–1700 нм) продемонстрировало бόльшую эффективность и безопасность за счёт уменьшенного фотоповреждения, меньшего рассеяния и более глубокого проникновения света. Разработка активируемых фотосенсибилизаторов является эффективным направлением преодоления неконтролируемой фототоксичности фотосенсибилизаторов при проведении длительной ФДТ in vivo, что обеспечивает контролируемую гибель опухолевых клеток. Концентрация кислорода в опухолевой ткани варьирует в зависимости от опухолевой прогрессии, ангиогенеза, метаболизма и метастазирования. Поэтому разработка фотосенсибилизаторов, способных эффективно флуоресцировать в условиях гипоксии, в том числе катализируя внутриклеточные субстраты с образованием кислорода и стимуляцией производства реактогенных форм кислорода через механизм типа I, стала потенциальным решением проблемы ФДТ солидных опухолей.

Терапевтическая эффективность одного метода ФДТ, как и большинства методов лечения в современной онкологии, ограничена. Поэтому значимым направлением является разработка многофункциональных лечебных систем для синергетической терапии опухолей. Синергетическая химиотерапия и ФДТ — важное направление лечения в онкологии. Комбинация ФДТ и иммунотерапии также является перспективным направлением лечения злокачественных новообразований.

Очевидны перспективы ФДТ в онкологии не как отдельного метода, а как части комплексного мультимодального лечения, включающего химиотерапию, лучевую терапию, хирургическое лечение и иммунотерапию.

Об авторах

Александр Евгеньевич Цеймах

Алтайский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: alevtsei@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-1199-3699
SPIN-код: 5795-0530

к.м.н., доцент

Россия, Барнаул

Александр Федорович Лазарев

Алтайский государственный медицинский университет

Email: lazarev@akzs.ru
ORCID iD: 0000-0003-1080-5294
SPIN-код: 1161-8387

д.м.н., профессор

Россия, Барнаул

Яков Нахманович Шойхет

Алтайский государственный медицинский университет

Email: starok100@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5253-4325
SPIN-код: 6379-3517

д.м.н., профессор, член-корреспондент РАН

Россия, Барнаул

Список литературы

  1. Li X., Lee D., Huang J.D., Yoon J. Phthalocyanine-assembled nanodots as photosensitizers for highly efficient type I photoreactions in photodynamic therapy // Angew Chem Int Ed Engl. 2018. Vol. 57, N 31. P. 9885–9890. doi: 10.1002/anie.201806551
  2. Tappenier H.V. Therapeuthe versuche mit fluoreszierenden stoffen // Muench Med Wochenschr. 1903. Vol. 47. P. 2042–2044.
  3. Sun Y., Zhao D., Wang G., et al. Recent progress of hypoxia-modulated multifunctional nanomedicines to enhance photodynamic therapy: opportunities, challenges, and future development // Acta Pharm Sin B. 2020. Vol. 10, N 8. P. 1382–1396. doi: 10.1016/j.apsb.2020.01.004
  4. Chilakamarthi U., Giribabu L. Photodynamic therapy: past, present and future // Chem Rec. 2017. Vol. 17, N 8. P. 775–802. doi: 10.1002/tcr.201600121
  5. Bonnett R. Photosensitizers of the porphyrin and phthalocyanine series for photodynamic therapy // Chem Soc Rev. 1995. N 1. P. 19–33.
  6. Sun J., Hu F., Ma Y., et al. AIE-based systems for imaging and image-guided killing of pathogens in handbook of aggregation-induced emission. Vol. 3. In: Tang Y., Tang B.Z., editors. Handbook of aggregation-induced emission. Hoboken : John Wiley & Sons Ltd, 2022. P. 297–327. doi: 10.1002/9781119643098.ch52
  7. Sobotta L., Skupin-Mrugalska P., Piskorz J., Mielcarek J. Porphyrinoid photosensitizers mediated photodynamic inactivation against bacteria // Eur J Med Chem. 2019. Vol. 175. P. 72–106. doi: 10.1016/j.ejmech.2019.04.057
  8. Oyim J., Omolo C.A., Amuhaya E.K. Photodynamic antimicrobial chemotherapy: advancements in porphyrin-based photosensitize development // Front Chem. 2021. Vol. 9. P. 635344. doi: 10.3389/fchem.2021.635344
  9. Martínez-Cayuela M. Oxygen free radicals and human disease // Biochimie, 1995. Vol. 77, N 3. 147–161. doi: 10.1016/0300-9084(96)88119-3
  10. Plaetzer K., Kiesslich T., Verwanger T., Krammer B. The modes of cell death induced by PDT: an overview // Med Laser App. 2003. Vol. 18, N 1. P. 7–19. doi: 10.1078/1615-1615-00082
  11. Mroz P.Ya., Кlavsky A., Kharkwal G.B., Hamblin M.R. Cell death pathways in photodynamic therapy of cancer // Cancers (Basel). 2011. Vol. 3, N 2. P. 2516–2539. doi: 10.3390/cancers3022516
  12. Wang G., Gu X., Tang B.Z. Chapter 17 AIEgen-based photosensitizers for photodynamic therapy. In: Gu X., Tang B.Z., editors. Aggregation-induced emission applications in biosensing, bioimaging and biomedicine. Vol. 2. Berlin, 2022. P. 485–522.
  13. Kasha M. Energy transfer mechanisms and the molecular excition model for molecular aggregates // Radiat Res. 1963. Vol. 20. P. 55–70.
  14. Yang L., Wang X., Zhang G., et al. Aggregation-induced intersystem cROSsing: a novel strategy for efficient molecular phosphorescence // Nanoscale. 2016. Vol. 8, N 40. P. 17422–17426. doi: 10.1039/c6nr03656b
  15. Ji C., Gao Q., Dong X., et al. Size-reducible nanodrug with an aggregation-enhanced photodynamic effect for deep chemo-photodynamic therapy // Angew Chem Int Ed Engl. 2018. Vol. 57, N 35. P. 11384–11388. doi: 10.1002/anie.201807602
  16. Lee E., Li X., Oh J., et al. A boronic acid-functionalized phthalocyanine with an aggregation-enhanced photodynamic effect for combating antibiotic-resistant bacteria // Chem Sci. 2020. Vol. 11, N 22. P. 5735–5739. doi: 10.1039/d0sc01351j
  17. Hsieh M.C., Chien C.H., Chang C.C., Chang T.C. Aggregation induced photodynamic therapy enhancement based on linear and nonlinear excited FRET of fluorescent organic nanoparticles // J Mater Chem B. 2013. Vol. 1, N 18. P. 2350–2357. doi: 10.1039/c3tb00345k
  18. Uchoa A.F., de Oliveira K.T., Baptista M.S., et al. Chlorin photosensitizers sterically designed to prevent self-aggregation // J Org Chem. 2011. Vol. 76, N 21. P. 8824–8832. doi: 10.1021/jo201568n
  19. Tada D.B., Baptista M.S. Photosensitizing nanoparticles and the modulation of ROS generation // Front Chem. 2015. Vol. 3. P. 33. doi: 10.3389/fchem.2015.00033
  20. Luo J., Xie Z., Lam J.W., et al Aggregation-induced emission of 1-methyl-1,2,3,4,5-pentaphenylsilole // Chem Commun (Camb). 2001. N 18. P. 1740–1741. doi: 10.1039/b105159h
  21. Hong Y., Lam J.W., Tang B.Z. Aggregation-induced emission // Chem Soc Rev. 2011. Vol. 40, N 11. P. 5361–5388. doi: 10.1039/c1cs15113d
  22. Mei J., Hong Y., Lam J.W., et al. Aggregation-induced emission: the whole is more brilliant than the parts // Adv Mater. 2014. Vol. 26, N 31. P. 5429–5479. doi: 10.1002/adma.201401356
  23. Mei J., Leung N.L., Kwok R.T., et al. Aggregation-induced emission: together we shine, united we soar! // Chem Rev. 2015. Vol. 115, N 21. P. 11718–11940. doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00263
  24. Zha M., Yang G., Li Y., et al. Recent advances in aiegen-based photodynamic therapy and immunotherapy // Adv Healthc Mater. 2021. Vol. 10, N 24. P. 2101066. doi: 10.1002/adhm.202101066
  25. Wang S., Wang X., Yu L., Sun M. Progress and trends of photodynamic therapy: from traditional photosensitizers to AIE-based photosensitizers // Photodiagn Photodyn Ther. 2021. Vol. 34. P. 102254. doi: 10.1016/j.pdpdt.2021.102254
  26. Wang L., Hu R., Qin A., Tang B.Z. Conjugated polymers with aggregation-induced emission characteristics for fluorescence imaging and photodynamic therapy // ChemMedChem. 2021. Vol. 16, N 15. P. 2330–2338. doi: 10.1002/cmdc.202100138
  27. Liu S., Feng G., Tang B.Z., Liu B. Recent advances of AIE light-up probes for photodynamic therapy // Chem Sci. 2021. Vol. 12, N 19. P. 6488–6506. doi: 10.1039/d1sc00045d
  28. He Z., Tian S., Gao Y., et al. Luminescent AIE dots for anticancer photodynamic therapy // Front Chem. 2021. Vol. 9. P. 672917. doi: 10.3389/fchem.2021.672917
  29. Chen H., Wan Y., Cui X., et al. Recent advances in hypoxia-overcoming strategy of aggregation-induced emission photosensitizers for efficient photodynamic therapy // Adv Healthc Mater. 2021. Vol. 10, N 24. P. 210607. doi: 10.1002/adhm.202101607
  30. Dai J., Wu X., Ding S., et al. Aggregation-induced emission photosensitizers: from molecular design to photodynamic therapy // J Med Chem. 2020. Vol. 63, N 5. P. 1996–2012. doi: 10.1021/acs.jmedchem.9b02014
  31. Zhang R., Duan Y., Liu B. Recent advances of AIE dots in NIR imaging and phototherapy // Nanoscale. 2019. Vol. 11, N 41. P. 19241–19250. doi: 10.1039/c9nr06012j
  32. Hu F., Xu S., Liu B. Photosensitizers with aggregation-induced emission: materials and biomedical applications // Adv Mater. 2018. Vol. 30, N 45. P. 1801350. doi: 10.1002/adma.201801350
  33. Tu Y., Zhao Z., Lam J.W.Y., Tang B.Z. Aggregate science: much to explore in the meso world // Matter. 2021. N 4. P. 338–349.
  34. Gu B., Wu W., Xu G., et al. Precise two-photon photodynamic therapy using an efficient photosensitizer with aggregation-induced emission characteristics // Adv Mater. 2017. Vol. 29, N 28. doi: 10.1002/adma.201701076
  35. Li Y., Tang R., Liu X., et al. Bright aggregation-induced emission nanoparticles for two-photon imaging and localized compound therapy of cancers // ACS Nano. 2020. Vol. 14, N 12. P. 16840–16853. doi: 10.1021/acsnano.0c05610
  36. Lovell J.F., Liu T.W., Chen J., Zheng G. Activatable photosensitizers for imaging and therapy // Chem Rev. 2010. Vol. 110, N 5. P. 2839–2857. doi: 10.1021/cr900236h
  37. Xiong Y., Xiao C., Li Z., Yang X. Engineering nanomedicine for glutathione depletion-augmented cancer therapy // Chem Soc Rev. 2021. Vol. 50, N 10. P. 6013–6041. doi: 10.1039/d0cs00718h
  38. Yang N., Xiao W., Song X., et al. Recent advances in tumor microenvironment hydrogen peroxide-responsive materials for cancer photodynamic therapy // Nanomicro Lett. 2020. Vol. 12, N 1. P. 15. doi: 10.1007/s40820-019-0347-0
  39. Wang Y., Shi L., Wu W., et al. Tumor-activated photosensitization and size transformation of nanodrugs // Adv Funct Mater. 2021. Vol. 31, N 16. P. 2010241. doi: 10.1002/adfm.202010241
  40. Ji S., Gao H., Mu W., et al. Enzyme-instructed self-assembly leads to the activation of optical properties for selective fluorescence detection and photodynamic ablation of cancer cells // J Mater Chem B. 2018. Vol. 6, N 17. P. 2566–2573. doi: 10.1039/c7tb02685d
  41. Zhao X., Dai Y., Ma F., et al. Molecular engineering to accelerate cancer cell discrimination and boost AIE-active type I photosensitizer for photodynamic therapy under hypoxia // Chem Eng J. 2021. Vol. 410. P. 128133. doi: 10.1016/j.cej.2020.128133
  42. Shi L., Hu F., Duan Y., et al. Hybrid nanospheres to overcome hypoxia and intrinsic oxidative resistance for enhanced photodynamic therapy // ACS Nano. 2020. Vol. 14, N 2. P. 2183–2190. doi: 10.1021/acsnano.9b09032
  43. Yi X., Dai J., Han Y., et al. A high therapeutic efficacy of polymeric prodrug nano-assembly for a combination of photodynamic therapy and chemotherapy // Commun Biol. 2018. Vol. 1. P. 202. doi: 10.1038/s42003-018-0204-6
  44. Wang G., Zhou L., Zhang P., et al. Fluorescence self-reporting precipitation polymerization based on aggregation-induced emission for constructing optical // Angew Chem Int Ed Engl. 2020. Vol. 59, N 25. P. 10122–10128. doi: 10.1002/anie.201913847
  45. Galluzzi L., Buqué A., Kepp O., et al. Immunogenic cell death in cancer and infectious disease // Nat Rev Immunol. 2017. Vol. 17, N 2. P. 97–111. doi: 10.1038/nri.2016.107
  46. Yang W., Zhang F., Deng H., et al. Smart nanovesicle-mediated immunogenic cell death through tumor microenvironment modulation for effective photodynamic immunotherapy // ACS Nano. 2020. Vol. 14, N 1. P. 620–631. doi: 10.1021/acsnano.9b07212
  47. Chen C., Ni X., Jia S., et al. Massively evoking immunogenic cell death by focused mitochondrial oxidative stress using an aie luminogen with a twisted molecular structure // Adv Mater. 2019. Vol. 31, N 52. P. e1904914. doi: 10.1002/adma.201904914
  48. Li J., Ou H., Ding D. Recent progress in boosted PDT induced immunogenic cell death for tumor immunotherapy // Chem Res Chin Univ. 2021. Vol. 37. P. 83–89. doi: 10.1007/s40242-021-0402-5

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фотохимические реакции I и II типов при фотодинамической терапии (диаграмма Яблонского) [12].

Скачать (207KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».