Экспериментальная и клиническая комбинированная фотодинамическая терапия опухолевых и предопухолевых заболеваний с использованием различных видов излучений

Цель исследования – представить различные типы излучения, которые могут увеличить эффективность комбинированной фотодинамической терапии (ФДТ) при лечении опухолевых и предопухолевых заболеваний. Материал и методы. По данной проблеме проведен поиск и анализ баз данных Web of Science, Scopus, MedLine, Library, РИНЦ, в основном за последние 10 лет. Мы нашли 230 источников, посвященных изучению данной темы, из которых 64 включили в обзор. Результаты. Фотодинамическая терапия представляет собой новую технологию лечения рака, которая становится все более распространенной в последние годы. В ряде случаев она нередко является альтернативным методом лечения онкологических заболеваний, когда есть высокий риск развития побочных эффектов и осложнений при проведении традиционных методов лечения, таких как хирургическое вмешательство, лучевая терапия и химиотерапия. Для успешной и эффективной реализации ФДТ необходимы фотосенсибилизатор (ФС), световая энергия и кислород, результатом комбинации которых является образование активных форм кислорода (АФК), которые уничтожают раковые клетки. В обзоре рассматриваются основные принципы, механизмы и важные компоненты ФДТ в самостоятельном и комбинированном вариантах. Несмотря на то, что ФДТ является эффективным и неинвазивным методом лечения рака, у неё есть некоторые ограничения, такие как незначительная глубина проникновения света в биологические ткани, малоэффективные ФС и гипоксия опухоли. В нашем исследовании рассматриваются новые стратегии, которые используют другие источники энергии, такие как инфракрасные и рентгеновские лучи, ультразвук, а также электрическое и магнитное поля, для усиления эффекта ФДТ и преодоления её ограничений. Большие надежды также связаны с применением комбинации ФДТ и нейтрон-захватной терапии (НЗТ). В настоящее время разработаны производные хлорина, связанные с носителями бора, которые могут использоваться как для флуоресцентной диагностики и ФДТ, так и для НЗТ. Синтезированные соединения обладают высокой селективностью накопления в опухоли. В настоящее время получены обнадеживающие доклинические результаты, демонстрирующие высокую эффективность комбинированного использования НЗТ и ФДТ. Заключение. Комбинирование с различными источниками энергии является ключевым фактором для дальнейшего развития ФДТ. Исследования, направленные на преодоление ограничений ФДТ, будут способствовать раскрытию полного потенциала этой технологии в клинической практике.

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; 96(3): 506–16. doi: 10.1111/php.13190.

3. Alvarez N., Sevilla A. Current Advances in Photodynamic Therapy (PDT) and the Future Potential of PDT-Combinatorial Cancer Therapies. Int J Mol Sci. 2024; 25(2): 1023. doi: 10.3390/ijms25021023.

4. Fontana L.C., Pinto J.G., Magalhães J.A., Tada D.B., de Almeida R.M.S., Pacheco-Soares C., Ferreira-Strixino J. Comparison of the Photodynamic Effect of Two Chlorins, Photodithazine and Fotoenticine, in Gliosarcoma Cells. Photochem. 2022; 2(1): 165–80 doi: 10.3390/photochem2010013.

5. Varzandeh M., Sabouri L., Mansouri V., Gharibshahian M., Beheshtizadeh N., Hamblin M.R., Rezaei N. Application of nano-radiosensitizers in combination cancer therapy. Bioeng Transl Med. 2023; 8(3): e10498. doi: 10.1002/btm2.10498.

6. Черемисина О.В., Вусик М.В., Солдатов А.Н., Рейнер И.В. Современные возможности эндоскопических лазерных технологий в клинической онкологии. Сибирский онкологический журнал, 2007; (4): 5–11.

7. Huang F., Fu Q., Tang L., Zhao M., Huang M., Zhou X. Trends in photodynamic therapy for dermatology in recent 20 years: A scientometric review based on CiteSpace. J Cosmet Dermatol. 2024; 23(2): 391–402. doi: 10.1111/jocd.16033.

8. Rodrigues J.A., Correia J.H. Enhanced Photodynamic Therapy: A Review of Combined Energy Sources. Cells. 2022; 11(24): 3995. doi: 10.3390/cells11243995.

9. George B.P., Abrahamse H. Light-Activated Phytochemicals in Photodynamic Therapy for Cancer: A Mini Review. Photobiomodul Photomed Laser Surg. 2022; 40(11): 734–41. doi: 10.1089/photob.2022.0094.

10. Решетов И.В., Коренев С.В., Романко Ю.С. Формы гибели клеток и мишени при фотодинамической терапии. Сибирский онкологический журнал. 2022; 21(5): 149–54. doi: 10.21294/1814-4861-2022-21-5-149-154.

11. Linares I.A.P., Martinelli L.P., Moritz M.N.O., Selistre-de-Araujo H.S., de Oliveira K.T., Perussi J.R. Cytotoxicity of structurally-modified chlorins aimed for photodynamic therapy applications. J Photochem Photobiol A: Chemistry. 2022; 425: 113647. doi: 10.1016/j.jphotochem.2021.113647.

12. 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.

13. Dragicevic N., Predic-Atkinson J., Nikolic B., Pajovic S.B., Ivkovic S., Adzic M. Nanocarriers in topical photodynamic therapy. Expert Opin Drug Deliv. 2024: 1–29. doi: 10.1080/17425247.2024.2318460.

14. Shirmanova M.V., Lukina M.M., Sirotkina M.A., Shimolina L.E., Dudenkova V.V., Ignatova N.I., Tobita S., Shcheslavskiy V.I., Zagaynova E.V. Effects of Photodynamic Therapy on Tumor Metabolism and Oxygenation Revealed by Fluorescence and Phosphorescence Lifetime Imaging. Int J Mol Sci. 2024; 25(3): 1703. doi: 10.3390/ijms25031703.

15. Логинова А.Г., Никитенко И.С., Тихоновский Г.В., Скобельцин А.С., Войтова А.В., Лощенов В.Б. Разработка метода оценки глубины проникновения этосом с метиленовым синим в кожу при аппликационном применении и фотодинамическим воздействии. Biomedical Photonics. 2022; 11(4): 11–8. doi: 10.24931/2413-9432-2022-11-4-11-18.

16. Taldaev A., Terekhov R., Nikitin I., Melnik E., Kuzina V., Klochko M., Reshetov I., Shiryaev A., Loschenov V. and Ramenskaya G. Metylene blue in anticancer photodynamic therapy: systematic review of preclinical studies. Front Pharmacol. 2023; 14: 1264961. doi: 10.3389/fphar.2023.1264961.

17. Решетов И.В., Романко Ю.С. Фундаментальные и прикладные исследования Института кластерной онкологии имени Л.Л. Левшина по разработке методов лечения заболеваний головы и шеи. Head and neck. Голова и шея. Российский журнал. 2023; 11(2): 81–91. doi: 10.25792/HN.2023.11.2.81-91.

18. Зикиряходжаев А.Д., Старкова М.В., Тимошкин В.О. Индоцианин зеленый в диагностике и реконструктивной хирургии при раке молочной железы. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2023; 9(2): 20–4. doi: 10.17116/hirurgia202309220.

19. Филоненко Е.В., Каприн А.Д. Современные технологии диагностики в онкодерматологии. Biomedical Photonics. 2023; 12(4): 4-14. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2023-12-4-4-14.

20. Филоненко Е.В., Иванова-Радкевич В.И. Флуоресцентная диагностика при немеланоцитарных опухолях кожи. Biomedical Photonics. 2022; 11(4): 32–40. doi: 10.24931/2413-9432-2022-11-4-32-40.

21. Дубровин В.Ю., Тымчук С.С., Давлетшина В.В., Павлов Р.В., Кащенко В.А. Современные возможности ICG-флуоресцентной визуализации в абдоминальной онкохирургии. Сибирский онкологический журнал. 2023; 22(2): 143–59. doi: 10.21294/1814-4861-2023-22-2-143-159.

22. Фаррахова Д.С., Романишкин И.Д., Яковлев Д.В., Маклыгина Ю.С., Олейников В.А., Федотов П.В., Кравчик М.В., Бездетная Л., Лощенов В.Б. Взаимосвязь спектроскопических и структурных свойств j-агрегатов индоцианина зеленого. Biomedical Photonics. 2022; 11(3): 4–16. doi: 10.24931/2413-9432-2022-11-3-4-16.

23. Han R., Zhao M., Wang Z., Liu H., Zhu S., Huang L., Wang Y., Wang L., Hong Y., Sha Y., Jiang Y. Super-efficient in Vivo Two-Photon Photodynamic Therapy with a Gold Nanocluster as a Type I Photosensitizer. ACS Nano. 2020; 14(8): 9532–44. doi: 10.1021/acsnano.9b05169.

24. 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): 658–64.

25. 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): 456–61.

26. Филоненко Е.В., Иванова-Радкевич В.И. Фотодинамическая терапия больных псориазом. Biomedical Photonics. 2023; 12(1): 28–36. doi: 10.24931/2413-9432-2023-12-1-28-36.б.

27. Филоненко Е.В., Иванова-Радкевич В.И. Фотодинамическая терапия при акне. Biomedical Photonics. 2023; 12(2): 48–53. doi: 10.24931/2413-9432-2023-12-2-48-56.

28. Решетов И.В., Фатьянова А.С., Бабаева Ю.В., Гафаров М.М., Огданская К.В., Сухова Т.Е., Коренев С.В., Денисенко М.В., Романко Ю.С. Современные аспекты фотодинамической терапии актинического кератоза. Biomedical Photonics. 2019; 8(2): 25–30. doi: 10.24931/2413–9432–2019–8–2–25–30.

29. Филоненко Е.В., Окушко С.С. Актинический кератоз (обзор литературы). Biomedical Photonics. 2022; 11(1): 37–48. doi: 10.24931/2413-9432-2022-11-1-37-48.

30. Решетов И.В., Коренев С.В., Романко Ю.С. Современные аспекты фотодинамической терапии при базальноклеточном раке кожи. Biomedical Photonics. 2022; 11(3): 35–9. doi: 10.24931/2413-9432-2022-11-3-35-39.

31. 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 базальноклеточной карциномы с использованием фотосенсибилизаторов различных классов. Вопросы онкологии. 2016; 62(3): 447–50.

32. Филоненко Е.В., Иванова-Радкевич В.И. Фотодинамическая терапия пациентов с болезнью Боуэна. Biomedical Photonics. 2023; 12(4): 22-9. [Filonenko E.V., Ivanova-Radkevich V.I. Photodynamic therapy of Bowen’s disease. Biomed Photon. 2023; 12(4): 22-9. (in Russian)]. doi: 10.17116/onkolog201870515.

33. Филоненко Е.В., Иванова-Радкевич В.И. Фотодинамическая терапия в лечении больных грибовидным микозом. Biomedical Photonics. 2022; 11(1): 27–36.doi: 10.24931/2413-9432-2022-11-1-27-36.

34. Гилядова А.В., Романко Ю.С., Ищенко А.А., Самойлова С.В., Ширяев А.А., Алексеева П.М., Эфендиев К.Т., Решетов И.В. Фотодинамическая терапия предраковых заболеваний и рака шейки матки (обзор литературы). Biomedical Photonics. 2021; 10(4): 59–67. doi: 10.24931/2413-9432-2021-10-4-59-67.

35. Панферова О.И., Николенко В.Н., Кочурова Е.В., Кудасова Е.О. Этиология, патогенез, основные принципы лечения плоскоклеточного рака слизистой оболочки полости рта. Head and neck. Голова и шея. Российский журнал. 2022; 10(2): 69–77. doi: 10.25792/HN.2022.10.2.69-77.

36. Кит О.И., Енгибарян М.А., Комарова Е.Ю., Комарова Е.Ф., Маслов А.А., Димитриади С.Н. Первый опыт применения интраоперационной фотодинамической терапии первичного местнораспространенного рака слизистой оболочки полости рта. Head and neck. Голова и шея. Российский журнал. 2023; 11(4): 33–8. doi: 10.25792/HN.2023.11.4.33-38.

37. Каприн А.Д., Рассказова Е.А., Филоненко Е.В., Сарибекян Э.К., Зикиряходжаев А.Д., Чиссов В.И. Интраоперационная фотодинамическая терапия больной раком молочной железы IIIC стадии (8-летний период безрецидивного наблюдения). Biomedical Photonics. 2017; 6(2): 34–7. doi: 10.24931/2413-9432-2017-6-2-34-37.

38. Филоненко Е.В., Иванова-Радкевич В.И. Фотодинамическая терапия в лечении экстрамаммарного рака Педжета. Biomedical Photonics. 2022; 11(3): 24–34. doi: 10.24931/2413-9432-2022-11-3-24-34.

39. Eмeльянoвa O.O., Зикиряходжаев А.Д., Сарибекян Э.К., Филоненко Е.В. Современный консенсус относительно диагностики и лечения экстрамаммарного рака Педжета. Вестник дерматологии и венерологии. 2023; 99(3): 23–32. doi: 10.25208/vdv1400.

40. Sun W., Zhang Q., Wang X., Jin Z., Cheng Y., Wang G. Clinical practice of photodynamic therapy for non-small cell lung cancer in different scenarios: who is the better candidate? Respiration. 2024. doi: 10.1159/000535270.

41. Li Y., Li Y., Song Y., Liu S. Advances in research and application of photodynamic therapy in cholangiocarcinoma (Review). Oncol Rep. 2024; 51(3): 53. doi: 10.3892/or.2024.8712.

42. Жиляева Е.П., Демешко П.Д., Науменко Л.В., Красный С.А., Церковский Д.А., Жерко И.Ю. Фотодинамическая терапия первичных и рецидивных слабопигментных форм меланомы сосудистой оболочки глаза. Biomedical Photonics. 2022; 11(3): 17–23. doi: 10.24931/2413-9432-2022-11-3-17-23.

43. Kubrak T.P, Kołodziej P., Sawicki J., Mazur A., Koziorowska K., Aebisher D. Some Natural Photosensitizers and Their Medicinal Properties for Use in Photodynamic Therapy. Molecules. 2022; 27(4): 1192. doi: 10.3390/molecules27041192.

44. Щербатюк Т.Г., Жукова (Плеханова) Е.С., Никитина Ю.В., Гапеев А.Б. Окислительная модификация белков в тканях крыс при опухолевом росте в условиях озоно-фотодинамического воздействия. Биофизика. 2020; 65(2): 367–75. doi 10.1134/S0006350920020219.

45. Beck-Sickinger A.G., Becker D.P., Chepurna O., Das B., Flieger S., Hey-Hawkins E., Hosmane N., Jalisatgi S.S., Nakamura H., Patil R., Vicente M.D.G.H., Viñas C. New Boron Delivery Agents. Cancer Biother Radiopharm. 2023; 38(3): 160–72. doi: 10.1089/cbr.2022.0060.

46. Asano R., Nagami A., Fukumoto Y., Miura K., Yazama F., Ito H., Sakata I., Tai A. Synthesis and biological evaluation of new BSH-conjugated chlorin derivatives as agents for both photodynamic therapy and boron neutron capture therapy of cancer. J Photochem Photobiol B. 2014; 140: 140–9. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2014.07.008.

47. Talko V.V., Lavrenchuk G.Y., Pochapinskyi O.D., Atamanuk N.P., Chernyshov A.V. Efficiency of photon capture beam technology and photodynamic impact on malignant and normal human cells in vitro. Probl Radiac Med Radiobiol. 2022; 27: 234–48. doi: 10.33145/2304-8336-2022-27-234-248.

48. Кастыро И.В., Решетов И.В., Коренев С.В., Фатьянова А.С., Бабаева Ю.В., Романко Ю.С. Фотобиомодуляция орального мукозита при химиолучевой терапии рака головы и шеи. Head and neck. Голова и шея. Российский журнал. 2023; 11(2): 65–74. doi: 10.25792/HN.2023.11.2.65-74.

49. Shurygina I.P., Zilov V.G., Smekalkina L.V., Naprienko M.B., Safonov M.I., Akulov S.N. Effect of Infrared Low-Intensity Laser Irradiation on Lipid Peroxidation under Conditions of Experimental Circulatory Hypoxia of Visual Analyzer. Bull Exp Biol Med. 2020; 168(5): 602–4. doi: 10.1007/s10517-020-04760-6.

50. de Faria C.M.G., Costa C.S., Bagnato V.S. Photobiomodulation effects on photodynamic therapy in HNSCC cell lines. J Photochem Photobiol B. 2021; 217: 112170. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2021.112170.

51. Aniogo E.C., George B.P., Abrahamse H. Photobiomodulation Improves Anti-Tumor Efficacy of Photodynamic Therapy against Resistant MCF-7 Cancer Cells. Biomedicines. 2023; 11(6): 1547. doi: 10.3390/biomedicines11061547.

52. Panetta J.V., Cvetkovic D., Chen X., Chen L., Ma C.C. Radiodynamic therapy using 15-MV radiation combined with 5-aminolevulinic acid and carbamide peroxide for prostate cancer in vivo. Phys Med Biol. 2020; 65(16): 165008. doi: 10.1088/1361-6560/ab9776.

53. Hambsch P., Istomin Y.P., Tzerkovsky D.A., Patties I., Neuhaus J., Kortmann R.D., Schastak S., Glasow A. Efficient cell death induction in human glioblastoma cells by photodynamic treatment with Tetrahydroporphyrin-Tetratosylat (THPTS) and ionizing irradiation. Oncotarget. 2017; 8(42): 72411–23. doi: 10.18632/oncotarget.20403.

54. Церковский Д.А., Протопович Е.Л., Козловский Д.И., Суслова В.А. Противоопухолевая эффективность контактной лучевой терапии в комбинации с фотосенсибилизатором хлоринового ряда в эксперименте. Biomedical Photonics. 2021; 10(2): 25–33. doi: 10.24931/2413-9432-2021-10-2-25-33.

55. Церковский Д.А., Мазуренко А.Н., Козловский Д.И., Адаменко Н.Д., Боричевский Ф.Ф. Комбинированная фотодинамическая и радиодинамическая терапии с хлориновым фотосенсибилизатором при фракционированном лучевом воздействии на перевивные опухоли в эксперименте in vivo. Российский биотерапевтический журнал. 2023; 22(3): 75–86. doi: 10.17650/1726-9784-2023-22-3-75-86.

56. Souris J.S., Leoni L., Zhang H.J., Pan A., Tanios E., Tsai H.M., Balyasnikova I.V., Bissonnette M., Chen C.T. X-ray Activated Nanoplatforms for Deep Tissue Photodynamic Therapy. Nanomaterials (Basel). 2023; 13(4): 673. doi: 10.3390/nano13040673.

57. Церковский Д.А., Козловский Д.И., Мазуренко А.Н., Адаменко Н.Д., Боричевский Ф.Ф. Экспериментальные исследования in vivo противоопухолевой эффективности фотодинамической и радиодинамической терапии, а также их сочетания. Biomedical Photonics. 2023; 12(2): 24–33. doi: 10.24931/2413-9432-2023-12-2-24-33.

58. Zhang G., Guo M., Ma H., Wang J., Zhang X.D. Catalytic nanotechnology of X-ray photodynamics for cancer treatments. Biomater Sci. 2023; 11(4): 1153–81. doi: 10.1039/d2bm01698b.

59. Marcus S.L., de Souza M.P. Theranostic Uses of the Heme Pathway in Neuro-Oncology: Protoporphyrin IX (PpIX) and Its Journey from Photodynamic Therapy (PDT) through Photodynamic Diagnosis (PDD) to Sonodynamic Therapy (SDT). Cancers (Basel). 2024; 16(4): 740. doi: 10.3390/cancers16040740.

60. Протопович Е.Л., Церковский Д.А. Противоопухолевая эффективность сонодинамической терапии с фотосенсибилизатором хлоринового ряда в эксперименте. Российский биотерапевтический журнал 2022; 21(1): 68–75. doi: 10.17650/1726-9784-2022-21-1-68-75.

61. Park J., Kong C., Shin J., Park J.Y., Na Y.C., Han S.H., Chang J.W., Song S.H., Chang W.S. Combined Effects of Focused Ultrasound and Photodynamic Treatment for Malignant Brain Tumors Using C6 Glioma Rat Model. Yonsei Med J. 2023; 64(4): 233–42. doi: 10.3349/ymj.2022.0422.

62. Zhu J.X., Zhu W.T., Hu J.H., Yang W., Liu P., Liu Q.H., Bai Y.X., Xie R. Curcumin-Loaded Poly(L-lactide-co-glycolide) Microbubble-Mediated Sono-photodynamic Therapy in Liver Cancer Cells. Ultrasound Med Biol. 2020; 46(8): 2030–43. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2020.03.030.

63. Kulbacka J., Chodaczek G., Rossowska J., Szewczyk A., Saczko J., Bazylińska U. Investigating the photodynamic efficacy of chlorin e6 by millisecond pulses in metastatic melanoma cells. Bioelectrochemistry. 2021; 138: 107728. doi: 10.1016/j.bioelechem.2020.107728.

64. Fakayode O.J., Kruger C.A., Songca S.P., Abrahamse H., Oluwafemi O.S. Photodynamic Therapy Evaluation of Methoxypolyethyleneglycol-Thiol-SPIONs-Gold-Meso-Tetrakis(4-Hydroxyphenyl)Porphyrin Conjugate against Breast Cancer Cells. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2018; 92: 737–44. doi: 10.1016/j.msec.2018.07.026.