Biophysical interactions of photosensitizers applied in photodynamic diagnosis

Wykorzystywanie światła wraz z substancją foto-uczulającą w terapii medycznej jest znane od dawna, a obecnie rozwijana jest również diagnostyka fotodynamiczna (PDD). Diagnostyka fotodynamiczna jest metodą nieinwazyjną stosowaną w diagnozowaniu wielu rodzajów nowotworów, takich jak: rak podstawnokomórkowy, rak kolczystokomórkowy, rak płuc, nowotwory złośliwe mózgu [1-2]. Podstawą w diagnozowaniu tkanek patologicznie zmienionych przy zastosowaniu PDD jest dobranie odpowiedniego fotouczulacza. Właściwości foto-uczulające, czyli cytotoksyczne zależą przede wszystkim od struktury chemicznej fotouczulacza, jego właściwości fizycznych i chemicznych, zdolności wnikania i akumulacji w tkance wykazującej zmiany patologiczne [1-6]. Praca niniejsza stanowi przegląd literaturowy dotyczący właściwości fizykochemicznych oraz oddziaływań biofizycznych fotosensybilizatorów z tkanką w procesie diagnostycznym. Najczęściej stosowanymi fotouczulaczami w diagnostyce medycznej są pochodne porfiryny (RYS. 1) [5]. Wyróżniamy trzy klasy fotouczulaczy: hydrofobowe, hydrofilowe i amfifilowe.[7]. W pracy niniejszej przedstawione będą właściwości i oddziaływania biofizyczne pochodnych szeregu chlorinu (chlorinu e6 [8], (RYS. 2)). Omówione będą oddziaływania i właściwości fotouczulaczy z grupy ftalocyjaniny (Pc), naftocyjaniny (Npc) oraz ich metaliczne pochodne Zn,Al,Ga,Si,Sn (RYS. 3) [9]. Szczególną uwagę zwrócono na właściwości kwasu 5-aminolewulinowy (ALA), który jest pięciowęglowym aminokwasem (RYS. 4) [5,10,11]. Podczas diagnostyki fotodynamicznej fotuczulacz naświetlany promieniowaniem laserowym o odpowiednio dobranej długości fali przechodząc na niższe poziomy energetyczne oddaje energię strukturom tkanek, co prowadzi do generowania wolnych rodników oraz wzbudzenia molekuł tlenu z paramagnetycznego stanu podstawowego do singletowego stanu diamagnetycznego. Wolne rodniki oraz tlen singletowy mogą powodować efekty toksyczne w tkankach. Efekty te zależą od ilości i rodzajów wytwarzanych wolnych rodników oraz od koncentracji tlenu singletowego, a więc od rodzaju stosowanego fotouczulacza i warunków procesów fotodynamicznych.Application of light and photosensitzers molecules in medicinal therapy and diagnosis (PDD) is known. Photodynamic diagnosis is used for a lot of tumors, for example: basal cell carcinoma, squamous cell carcinoma, pulmonary carcinoma, malignant neoplasm of the brain. The main problem of PDD is to chose of the optimal photosensitizer. Effective photodynamic processes depend on chemical structure, and chemical and physical properties of photosensitizers [1-10]. This work is the review of physicochemical properties and biophysical interactions of photosensitizers with tissues during photodynamic diagnosis. Derivatives of porphyrins (FIG. 1) [5], chlorine e6 (FIG. 2) [8], metalophthalocyanines compounds (FIG. 3) [9], and 5-aminolevulinic acid [11], were discussed. During photodynamic diagnostic processes the excited photosensitizer irradiated by laser causes excitation of oxygen molecules from paramagnetic ground state to diamagnetic singlet state. These effects are accompanied by formation of free radicals and reactive singlet oxygen, which damages cells structures. Free radicals and singlet oxygen may be responsible for toxic effects in tissues during PDD. These interactions depend on amount and types of free radicals and depend on concentration of singlet oxygen, so we can say that type of applied fotosensitizer and photodynamic conditions determine negative reactions during photodynamic diagnosis