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.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах