Характерные особенности изучаемых в работе ФС.

Опираясь на данные исследований и практического использования ФДТ, можно в общих чертах сформулировать требования к «идеальному» ФС. Он должен:

- иметь доступный способ получения и обладать постоянным химическим составом;

- быть устойчивым при хранении и введении в организм;

- обладать низкой токсичностью;

- иметь высокую селективность накопления в патологических тканях и сравнительно быстро выводиться из организма;

- слабо накапливаться в коже;

- иметь высокий квантовый выход триплетного состояния;

- иметь возможно более интенсивный максимум в спектре поглощения в области 800-900 нм (область наибольшей прозрачности мягких тканей).

В работе изучаются два вида ФС. Отечественный препарат ФОТОГЕМ, разрешенный к клиническому применению, является производной гематопорфирина (ПГП). Одна из форм гематопорфирина - так называемый гематопорфирин-IC (ГП-IC) – является продуктом распада гемоглобина после завершения кислородного обмена в капиллярах организма. Структурная формула ГП-IC показана на рис. 3. Еще один изучаемый отечественный препарат ФОТОСЕНС по структуре близок к металлокомплексу фталоцианина с участием алюминия (AlФцS4), структурная формула которого показана на рис.4. Как можно заметить, основой химической структуры обоих ФС является порфириновый цикл, состоящий из четырёх пиррольных колец. Молекулы имеют плоское строение, что связано с сильным p-электронным взаимодействием по макрокольцу. Система сопряжённых двойных связей в молекуле AlФцS4 длиннее, чем в молекуле ГП - IC, т.е. у AlФцS4 сильнее делокализованы по молекуле p-электроны. Поэтому у AlФцS4 при большей длине волны

 

Рис.3. Структурная формула молекулы гематопорфирина IX (ГП)

 

Рис.4. Структурная формула AlФцS4.

 

рис. 5. Характерные спектры поглощения препаратов ФОТОГЕМ (2) и ФОТОСЕНС (3); характерная глубина проникновения электромагнитного излучения (усреднённая) в мягкие биоткани (1) и характерная спектральная плотность излучения светодиода на GaAlAs (4). Масштаб измерения: для глубины проникновения [10-1 мм], для остальных кривых – относительные единицы в %.

располагается самый длинноволновый максимум поглощения (рис.5).

Плоское строение позволяет молекулам ГП - IC при высоких концентрациях образовывать агрегаты в виде «столбиков монет». Эта агрегация приводит к смещению максимумов в спектре поглощения, к тушению флуоресценции ГП - IC и не позволяет использовать его для диагностики, а также снижает его эффективность при фотодинамическом воздействии (ФДВ). Это говорит о важности применения правильной концентрации ГП - IC для ФДТ. С другой стороны, преимущественное накопление ГП - IC в опухолях неизбежно приведёт к агрегации ФС. Таким образом, с этой точки зрения ГП - IC не является «идеальным» ФС для ФДТ.

Агрегировать в виде «столбика монет» AlФцS4 мешает атом Al, который выходит из плоскости макроцикла, поэтому агрегаты AlФцS4 образуются соединением молекул в одной плоскости. Агрегация AlФцS4 также приводит к тушению его флуоресценции, однако, при большей концентрации, чем у ГП - IC.

По своим растворимым свойствам ГП - IC гидрофобен, т.е. практически нерастворим в воде и обладает большим сродством к липидам. Поэтому ГП - IC при накоплении локализуется в мембранах клетки и внутриклеточных органелл.

AlФцS4 гидрофилен, т.е. при накоплении в клетке он должен локализоваться в водной фазе: цитоплазме, лизосомах и других органеллах. Однако, процесс накопления этого ФС в клетках идёт значительно медленнее, чем для ГП - 1C, т.к. мембрана клетки и внутриклеточных органелл является существенной преградой липофобного AlФцS4. Кроме того, молекула этого ФС, также как и ГП - IC, является достаточно большой и не может проникнуть в клетку путём простой диффузии.

Поскольку ПГП - IC накапливается в мембранах и трудно переходит в водную фазу, он очень медленно выводится из организма. Гидрофильные же свойства AlФцS4 позволяют ему быстро выводится из организма, что является его очередным преимуществом перед ПГП - IC.