Формы гибели клеток и мишени при фотодинамической терапии

Цель исследования – изучить результаты наиболее значимых исследований, посвященных оценке форм гибели опухолевых клеток и мишеней при фотодинамической терапии (ФДТ). Материал и методы. Проведен анализ баз данных Scopus, Wos, MedLine и найден 31 источник, в котором рассматривается данная проблема. Результаты. ФДТ является важным инструментом для изучения путей, ведущих к полной девитализации злокачественной опухоли. Причем субклеточные мишени при ФДТ обусловливаются свойствами фотосенсибилизаторов (ФС). Особенно эффективными мишенями являются лизосомы и митохондрии, в том числе для ФС I класса – фотофрина. Этим объясняется эффективность фотофрина, хотя он имеет слабую полосу поглощения в области 630 нм с ограниченной глубиной проникновения в ткани. Весьма актуальной становится разработка новых ФС, имеющих субклеточные мишени фотофрина, но с полосой поглощения в длинноволновой области, такие ФС идеальны для ФДТ. В клиническую практику уже внедрены ФС ii поколения. Показана результативность ФДТ с применением фотодитазина. Установлены механизмы действия и мишени этого ФС. К последним относятся стенка сосудов, цитоплазматические мембраны и внутренние структуры опухолевых клеток. Основной тип гибели неопластических клеток при ФДТ с фотодитазином – прямой фотокоагуляционный и ишемический некроз паренхимы опухоли из-за разрушения сосудистого русла новообразования. Значительное внимание уделяется разработке новых ФС, а именно, производным бактериохлорофилла-α, которые обладают интенсивным поглощением излучения в длинноволновой области спектрального диапазона. К ним относится конъюгат дисульфид-БПИ, имеющий в своем составе 2 молекулы дипропоксибактериопурпуринимида и остаток цистамина, результаты использования которого показали его высокую эффективность, обусловленную разрушением сосудистого русла опухоли, быстрым замедлением и/или прекращением пролиферативной активности клеток и их гибелью путем некроза и апоптоза. Быстрый прогресс в области изучения механизмов действия ФДТ показал, что запуск аутофагии с использованием лизосомального компартмента для деградации и утилизации поврежденных клеточных органелл и параптоз, связанный с дефектными белками в эндоплазматическом ретикуломе, также играют важную роль в элиминации опухолевых клеток. Заключение. Апоптоз, аутофагия и параптоз могут возникать после фотоповреждения митохондрий, лизосом или эндоплазматического ретикулума. Баланс путей клеточной гибели часто является определяющим фактором эффективности ФДТ.

1. Hamblin M.R., Abrahamse H. Factors Affecting Photodynamic Therapy and Anti-Tumor Immune Response. Anticancer Agents Med Chem. 2021; 21(2): 123–36. doi: 10.2174/1871520620666200318101037.

2. Hamblin M.R. Photodynamic Therapy for Cancer: What’s Past is Prologue. Photochem Photobiol. 2020 May; 96(3): 506–16. doi: 10.1111/php.13190.

3. Chen H., He J., Lanzafame R., Stadler I., Hamidi H.E., Liu H., Celli J., Hamblin M.R., Huang Y., Oakley E., Shafirstein G., Chung H.K., Wu S.T., Dong Y. Quantum dot light emitting devices for photomedical applications. J Soc Inf Disp. 2017; 25(3): 177–84. doi: 10.1002/jsid.543.

4. Negri L.B., Martins T.J., da Silva R.S., Hamblin M.R. Photobiomodulation combined with photodynamic therapy using ruthenium phthalocyanine complexes in A375 melanoma cells: Effects of nitric oxide generation and ATP production. J Photochem Photobiol B. 2019; 198: 111564. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2019.111564.

5. Kessel D. Thomas J. Dougherty: An Appreciation. Photochem Photobiol. 2020 May; 96(3): 454–7. doi: 10.1111/php.13144.

6. Романко Ю.С., Каплан М.А., Иванов С.А., Галкин В.Н., Молочкова Ю.В., Кунцевич Ж.С., Третьякова Е.И., Сухова Т.Е., Молочков В.А., Молочков А.В. Эффективность фотодинамической терапии базально-клеточной карциномы с использованием фотосенсибилизаторов различных классов. Вопросы онкологии. 2016; 62(3): 447–450.

7. Lee C.N., Hsu R., Chen H., Wong T.W. Daylight Photodynamic Therapy: An Update. Molecules. 2020; 25(21): 5195. doi: 10.3390/molecules25215195.

8. Abrahamse H., Hamblin M.R. New photosensitizers for photodynamic therapy. Biochem J. 2016; 473(4): 347–64. doi: 10.1042/BJ20150942.

9. Li W.P., Yen C.J., Wu B.S., Wong T.W. Recent Advances in Photodynamic Therapy for Deep-Seated Tumors with the Aid of Nanomedicine. Biomedicines. 2021; 9(1): 69. doi: 10.3390/biomedicines9010069.

10. Wang X., Luo D., Basilion J.P. Photodynamic Therapy: Targeting Cancer Biomarkers for the Treatment of Cancers. Cancers (Basel). 2021; 13(12): 2992. doi: 10.3390/cancers13122992.

11. López-Marín N., Mulet R.J. In silico modelling of apoptosis induced by photodynamic therapy. J Theor Biol. 2018; 436: 8–17. doi: 10.1016/j.jtbi.2017.09.028.

12. López-Marína N., Mulet R., Rodríguez R. Photodynamic therapy: toward a systemic computational model. J Photochem Photobiol B Biol. 2018; 189: 201–13. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2018.10.020.

13. Pan Z., Fan J., Xie Q., Zhang X., Zhang W., Ren Q., Li M., Zheng Q., Lu J., Li D. Novel sulfonamide porphyrin TBPoS-2OH used in photodynamic therapy for malignant melanoma. Biomed Pharmacother. 2021; 133: 111042. doi: 10.1016/j.biopha.2020.111042.

14. Савицкая М.А., Онищенко Г.Е. Механизмы апоптоза. Биохимия. 2015; 80(11): 1613–27.

15. Edinger A.L., Thompson C.B. Death by design: apoptosis, necrosis and autophagy. Curr Opin Cell Biol. 2004; 16(6): 663–9. doi: 10.1016/j.ceb.2004.09.011.

16. Giampietri C., Starace D., Petrungaro S., Filippini A., Ziparo E. Necroptosis: molecular signaling and translational implications. Int J Cell Biol. 2014. doi: 10.1155/2014/490275.

17. de Almagro M.C., Vucic D. Necroptosis: Pathway diversity and characteristics. Semin Cell Dev Biol. 2015; 39: 56–62. doi: 10.1016/j.semcdb.2015.02.002.

18. Liu G., Bi Y., Wang R., Wang X. Self-eating and self-defense: autophagy controls innate immunity and adaptive immunity. J Leukoc Biol. 2013; 93(4): 511–9. doi: 10.1189/jlb.0812389.

19. D’Arcy M.S. Cell death: a review of the major forms of apoptosis, necrosis and autophagy. Cell Biol Int. 2019; 43(6): 582–92. doi: 10.1002/cbin.11137.

20. Kessel D., Evans C.L. Promotion of proapoptotic signals by lysosomal photodamage: mechanistic aspects and influence of autophagy. Photochem Photobiol. 2016; 92(4): 620–3. doi: 10.1111/php.12592.

21. Zhang Q., Li L. Photodynamic combinational therapy in cancer treatment. J BUON. 2018; 23(3): 561–7.

22. Kessel D. Photodynamic therapy: promotion of efficacy by a sequential protocol. J Porphyr Phthalocyanines. 2016; 20(1–4): 302–6. doi: 10.1142/S1088424616500073.

23. Романко Ю.С., Цыб А.Ф., Каплан М.А., Попучиев В.В. Влияние фотодинамической терапии с фотодитазином на морфофункциональные характеристики саркомы М-1. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2004; 138(12): 658–664.

24. Романко Ю.С., Цыб А.Ф., Каплан М.А., Попучиев В.В. Зависимость противоопухолевой эффективности фотодинамической терапии от плотности световой энергии. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2005; 139(4): 456–461.

25. Южаков В.В., Бурмистрова Н.В., Фомина Н.К., Бандурко Л.Н., Севанькаева Л.Е., Старовойтова А.В., Яковлева Н.Д., Цыганова М.Г., Ингель И.Э., Островерхов П.В., Каплан М.А., Грин М.А., Мажуга А.Г., Миронов А.Ф., Галкин В.Н., Романко Ю.С. Морфофункциональные характеристики саркомы М-1 крыс после фотодинамической терапии с производным бактериохлорофилла a. Biomedical Photonics. 2016; 5(4): 4–14. doi: 10.24931/2413-9432-2016-5-4-4-14.

26. Mironov A.F., Grin M.A., Pantushenko I.V., Ostroverkhov P.V., Ivanenkov Y.A., Filkov G.I., Plotnikova E.A., Karmakova T.A., Starovoitova A.V., Burmistrova N.V., Yuzhakov V.V., Romanko Y.S., Abakumov M.A., Ignatova A.A., Feofanov A.V., Kaplan M.A., Yakubovskaya R.I., Tsigankov A.A., Majouga A.G. Synthesis and Investigation of Photophysical and Biological Properties of Novel S-Containing Bacteriopurpurinimides. J Med Chem. 2017; 60(24): 10220–30. doi: 10.1021/acs.jmedchem.7b00577.

27. Kessel D., Reiners J.J. Effects of combined lysosomal and mitochondrial photodamage in a non-small-cell lung cancer cell line: the role of paraptosis. Photochem Photobiol. 2017; 93(6): 1502–8. doi: 10.1111/php.12805.

28. Kessel D. Paraptosis and Photodynamic Therapy: A Progress Report. Photochem Photobiol. 2020; 96(5): 1096–100. doi: 10.1111/php.13242.

29. Kessel D., Cho W.J., Rakowski J., Kim H.E., Kim H.C. Effects of HPV Status on Responsiveness to Ionizing Radiation vs Photodynamic Therapy in Head and Neck Cancer Cell lines. Photochem Photobiol. 2020; 96(3): 652–7. doi: 10.1111/php.13150.

30. Kessel D. Apoptosis, Paraptosis and Autophagy: Death and Survival Pathways Associated with Photodynamic Therapy. Photochem Photobiol. 2019; 95(1): 119–125. doi: 10.1111/php.12952.

31. Lange N., Szlasa W., Saczko J., Chwiłkowska A. Potential of Cyanine Derived Dyes in Photodynamic Therapy. Pharmaceutics. 2021; 13(6): 818. doi: 10.3390/pharmaceutics13060818.