Современные тенденции в области исследования фотодинамической терапии остеогенной саркомы (результаты фармацевтических и экспериментальных научных работ)

Цель исследования – обобщить современные тенденции в области стратегии развития фотодинамической терапии при лечении остеогенной саркомы.

Материал и методы. По данной проблеме нами были проведены поиск и анализ информации в базах данных MedLine, Scopus, WoS и РИНЦ, в основном за последние 7 лет. Мы нашли 153 источника о фармацевтических и экспериментальных исследованиях, посвященных современным тенденциям в области стратегии развития фотодинамической терапии при лечении остеогенной саркомы, из которых 60 включили в обзор.

Результаты. Традиционные методы лечения злокачественных опухолей костей, такие как хирургическое вмешательство, химиотерапия и лучевая терапия, имеют существенные недостатки, включая осложнения, серьезные побочные эффекты и низкую эффективность. Наночастицы представляют собой новую платформу для лечения и диагностики злокачественных опухолей костей. Недавние исследования показали, что наночастицы могут быть использованы для лечения и диагностики различных видов опухолей костей, включая остеогенную саркому. Это связано с их уникальной структурой, способностью эффективно доставлять лекарственные препараты и биодоступностью. Кроме того, поверхность наночастиц может быть изменена с помощью различных молекул или материалов, что позволяет им приобретать уникальные свойства. Например, наночастицы могут быть заполнены химиотерапевтическими препаратами или генами, что позволяет контролировать их высвобождение и точно направлять их на остеогенную саркому. Также наночастицы могут использоваться для проведения фотодинамической терапии. Кроме того, внедрение контрастных веществ или флуоресцентных зондов в наночастицы позволяет улучшить возможности визуализации и отслеживать процесс лечения в режиме реального времени. Это не только позволяет оценить эффективность фотодинамической терапии, но и корректировать план лечения для достижения наилучших результатов для каждого пациента.

Заключение. Таким образом, многофункциональные наночастицы являются перспективным инструментом для индивидуального подхода к лечению остеогенной саркомы с помощью фотодинамической терапии и улучшения прогноза для пациентов.

1. Palmerini E., Reichardt P., Hall K.S., Bertulli R., Bielack S.S., Comandone A., Egerer G., Hansmeier A., Kevric M., Carretta E., Hansson L., Jebsen N., Eriksson M., Bruland Ø.S., Donati D.M., Ibrahim T., Smeland S., Ferrari S. Outcome of rare primary malignant bone sarcoma treated with multimodal therapy: Results from the EUROpean Bone Over 40 Sarcoma Study (EURO-B.O.S.S.). Cancer. 2023; 129(22): 3564–73. doi: 10.1002/cncr.34964.

2. Fan G., Zhu Y., Zhu H., Yu L., Wang Z., Zhai C., Zhou G., Zhao J., Wang Y. Identification of RALA as a Therapeutic Target and Prognostic Predictor of Osteosarcoma. Biomed Res Int. 2023. doi: 10.1155/2023/115076f8.

3. Hindiskere S., Staals E., Donati D.M., Manfrini M. What Is the Survival of the Telescope Allograft Technique to Augment a Short Proximal Femur Segment in Children After Resection and Distal Femur Endoprosthesis Reconstruction for a Bone Sarcoma? Clin Orthop Relat Res. 2021; 479(8): 1780–90. doi: 10.1097/CORR.0000000000001686.

4. He X., Lu M., Zou C., Li Z., Gong T., Kenmegne G.R., Wang Y., Luo Y., Zhou Y., Min L., Tu C. Three-dimensional printed custom-made modular talus prosthesis in patients with talus malignant tumor resection. J Orthop Surg Res. 2024; 19(1): 273. doi: 10.1186/s13018-024-04728-6.

5. Ippolito J.A., Martinez M., Thomson J.E., Willis A.R., Beebe K.S., Patterson F.R., Benevenia J. Complications following allograft reconstruction for primary bone tumors: Considerations for management. J Orthop. 2018; 16(1): 49–54. doi: 10.1016/j.jor.2018.12.013.

6. Yu T., Jiang W., Wang Y., Zhou Y., Jiao J., Wu M. Chimeric antigen receptor T cells in the treatment of osteosarcoma (Review). Int J Oncol. 2024; 64(4): 40. doi: 10.3892/ijo.2024.5628.

7. Sayles L.C., Breese M.R., Koehne A.L., Leung S.G., Lee A.G., Liu H.Y., Spillinger A., Shah A.T., Tanasa B., Straessler K., Hazard F.K., Spunt S.L., Marina N., Kim G.E., Cho S.J., Avedian R.S., Mohler D.G., Kim M.O., DuBois S.G., Hawkins D.S., Sweet-Cordero E.A. GenomeInformed Targeted Therapy for Osteosarcoma. Cancer Discov. 2019; 9(1): 46–63. doi: 10.1158/2159-8290.CD-17-1152.

8. Duffaud F., Mir O., Boudou-Rouquette P., Piperno-Neumann S., Penel N., Bompas E., Delcambre C., Kalbacher E., Italiano A., Collard O., Chevreau C., Saada E., Isambert N., Delaye J., Schiffler C., Bouvier C., Vidal V., Chabaud S., Blay J.Y.; French Sarcoma Group. Efficacy and safety of regorafenib in adult patients with metastatic osteosarcoma: a non-comparative, randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 2 study. Lancet Oncol. 2019; 20(1): 120–33. doi: 10.1016/S1470-2045(18)30742-3.

9. Long G.V., Stephen Hodi F., Lipson E.J., Schadendorf D., Ascierto P.A., Matamala L., Salman P., Castillo Gutiérrez E., Rutkowski P., Gogas H.J., Lao C.D., Janoski De Menezes J., Dalle S., Arance A., Grob J.J., Keidel S., Shaikh A., Sobiesk A.M., Dolfi S., Tawbi H.A. Overall Survival and Response with Nivolumab and Relatlimab in Advanced Melanoma. NEJM Evid. 2023; 2(4). doi: 10.1056/EVIDoa2200239.

10. Reck M., Rodríguez-Abreu D., Robinson A.G., Hui R., Csőszi T., Fülöp A., Gottfried M., Peled N., Tafreshi A., Cuffe S., O’Brien M., Rao S., Hotta K., Leiby M.A., Lubiniecki G.M., Shentu Y., Rangwala R., Brahmer J.R.; KEYNOTE-024 Investigators. Pembrolizumab versus Chemotherapy for PD-L1-Positive Non-Small-Cell Lung Cancer. N Engl J Med. 2016; 375(19): 1823–33. doi: 10.1056/NEJMoa1606774.

11. Ferris R.L., Blumenschein G. Jr., Fayette J., Guigay J., Colevas A.D., Licitra L., Harrington K., Kasper S., Vokes E.E., Even C., Worden F., Saba N.F., Iglesias Docampo L.C., Haddad R., Rordorf T., Kiyota N., Tahara M., Monga M., Lynch M., Geese W.J., Kopit J., Shaw J.W., Gillison M.L. Nivolumab for Recurrent Squamous-Cell Carcinoma of the Head and Neck. N Engl J Med. 2016; 375(19): 1856–67. doi: 10.1056/NEJMoa1602252.

12. Yu S., Yao X. Advances on immunotherapy for osteosarcoma. Mol Cancer. 2024; 23(1): 192. doi: 10.1186/s12943-024-02105-9.

13. Филоненко Е.В. Клиническое внедрение и научное развитие фотодинамической терапии в России в 2010–2020 гг. Biomedical Photonics. 2021; 10(4): 4–22. doi: 10.24931/2413-9432-2021-9-4-4-22. EDN: UHTUBB.

14. Sun J., Xing F., Braun J., Traub F., Rommens P.M., Xiang Z., Ritz U. Progress of Phototherapy Applications in the Treatment of Bone Cancer. Int J Mol Sci. 2021; 22(21): 11354. doi: 10.3390/ijms222111354.

15. 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.

16. Sai D.L., Lee J., Nguyen D.L., Kim Y.P. Tailoring photosensitive ROS for advanced photodynamic therapy. Exp Mol Med. 2021; 53(4): 495–504. doi: 10.1038/s12276-021-00599-7.

17. Li Z., Lai X., Fu S., Ren L., Cai H., Zhang H., Gu Z., Ma X., Luo K. Immunogenic Cell Death Activates the Tumor Immune Microenvironment to Boost the Immunotherapy Efficiency. Adv Sci (Weinh). 2022; 9(22). doi: 10.1002/advs.202201734.

18. Alfei S., Zuccari G., Athanassopoulos C.M., Domenicotti C., Marengo B. Strongly ROS-Correlated, Time-Dependent, and Selective Antiproliferative Effects of Synthesized Nano Vesicles on BRAF Mutant Melanoma Cells and Their Hyaluronic Acid-Based Hydrogel Formulation. Int. J. Mol. Sci. 2024; 25(18): 10071. https://doi.org/10.3390/ijms251810071.

19. Kim M.M., Darafsheh A. Light Sources and Dosimetry Techniques for Photodynamic Therapy. Photochem Photobiol. 2020; 96(2): 280–94. doi: 10.1111/php.13219.

20. Sun B., Teo J.Y., Wu J., Zhang Y. Light Conversion Nanomaterials for Wireless Phototherapy. Acc Chem Res. 2023; 56(10): 1143–55. doi: 10.1021/acs.accounts.2c00699.

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

22. 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.

23. Shimolina L.E., Khlynova A.E., Gulin A.A., Elagin V.V., Gubina M.V., Bureev P.A., Sherin P.S., Kuimova M.K., Shirmanova M.V. Photodynamic therapy with Photoditazine increases microviscosity of cancer cells membrane in cellulo and in vivo. J Photochem Photobiol B. 2024; 259: 113007. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2024.113007.

24. Каплан М.А., Галкин В.Н., Романко Ю.С., Осипчук Ю.С., Дрожжина В.В., Малова Т.И., Ольшевская В.А. Изучение эффективности фотодинамической терапии экспериментальной опухоли РС-1 с использованием липосомального фотосенсибилизатора на основе борированного хлорина e6. Радиация и риск. 2016; 25(3): 57–65. doi: 10.21870/0131-3878-2016-25-357-65. EDN: WLBJJR.

25. Каплан М.А., Галкин В.Н., Романко Ю.С., Дрожжина В.В., Архипова Л.М. Комбинированная фотодинамическая терапия саркомы М-1 в сочетании с химиотерапией. Радиация и риск. 2016; 25(4): 90–99. doi: 10.21870/0131-3878-2016-25-4-90-99. EDN: XEGTTN.

26. 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. EDN: UKPXZK.

27. 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. EDN: ACMUZT.

28. Filonenko E.V. The history of development of fluorescence diagnosis and photodynamic therapy and their capabilities in oncology. Russ. J. Gen. Chem. 2015; 85(1): 211–16. doi: 10.1134/s1070363215010399.

29. 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. EDN: LYFRQO.

30. 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. EDN: WCNOUD.

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

32. 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. EDN: BIUKCJ.

33. Филоненко Е.В., Иванова-Радкевич В.И. Фотодинамическая терапия пациентов с болезнью Боуэна. Biomedical Photonics. 2023; 12(4): 22–29. doi: 10.24931/2413-9432-2023-12-4-22-29. EDN: OWRMXR.

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: 10.24931/2413-94322021-10-4-59-67. EDN: XQGQTS.

35. Романко Ю.С., Решетов И.В. Экспериментальная и клиническая комбинированная фотодинамическая терапия опухолевых и предопухолевых заболеваний с использованием различных видов излучений. Сибирский онкологический журнал. 2024; 23(4): 141–51. doi: 10.21294/1814-4861-2024-23-4-141-151. EDN: VRBPTG.

36. Kim W.S., Khot M.I., Woo H.M., Hong S., Baek D.H., Maisey T., Daniels B., Coletta P.L., Yoon B.J., Jayne D.G., Park S.I. AI-enabled, implantable, multichannel wireless telemetry for photodynamic therapy. Nat Commun. 2022; 13(1): 2178. doi: 10.1038/s41467-022-29878-1.

37. Zhang Y., Chen Y., Mou H., Huang Q., Jian C., Tao Y., Tan F., Ou Y. Synergistic induction of ferroptosis by targeting HERC1-NCOA4 axis to enhance the photodynamic sensitivity of osteosarcoma. Redox Biol. 2024; 76: 103328. doi: 10.1016/j.redox.2024.103328.

38. Wang Y., Zhou X., Yao L., Hu Q., Liu H., Zhao G., Wang K., Zeng J., Sun M., Lv C. Capsaicin Enhanced the Efficacy of Photodynamic Therapy Against Osteosarcoma via a Pro-Death Strategy by Inducing Ferroptosis and Alleviating Hypoxia. Small. 2024; 20(26): e2306916. doi: 10.1002/smll.202306916.

39. An X., Zhong D., Wu W., Wang R., Yang L., Jiang Q., Zhou M., Xu X. Doxorubicin-Loaded Microalgal Delivery System for Combined Chemotherapy and Enhanced Photodynamic Therapy of Osteosarcoma. ACS Appl Mater Interfaces. 2024; 16(6): 6868–78. doi: 10.1021/acsami.3c16995.

40. Zhang C., Li D., Zhang X., Dai R., Kang W., Li Y., Liu Q., Gao M., Zheng Z., Zhang R., Wen Z. Dual regulation of osteosarcoma hypoxia microenvironment by a bioinspired oxygen nanogenerator for precise single-laser synergistic photodynamic/photothermal/induced antitumor immunity therapy. Mater Today Bio. 2024; 26: 101054. doi: 10.1016/j.mtbio.2024.101054.

41. Zhan F., Zhang Y., Zuo Q., Xie C., Li H., Tian L., Wu C., Chen Z., Yang C., Wang Y., Li Q., He T., Yu H., Chen J., Xiang J., Ou Y. YAP knockdown in combination with ferroptosis induction increases the sensitivity of HOS human osteosarcoma cells to pyropheophorbide-α methyl ester mediated photodynamic therapy. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2022; 39: 102964. doi: 10.1016/j.pdpdt.2022.102964.

42. Ge Y.X., Zhuang H.J., Zhang T.W., Liang H.F., Ding W., Zhou L., Dong Z.R., Hu Z.C., Chen Q., Dong J., Jiang L.B., Yin X.F. Precise manipulation of circadian clock using MnO2 nanocapsules to amplify photodynamic therapy for osteosarcoma. Mater Today Bio. 2023; 19: 100547. doi: 10.1016/j.mtbio.2023.100547.

43. Yu H., Zhang Y., Zuo Q., Zhong S., Chen Y., Zhang M., Zhan F., Ou Y. Targeting X box-binding protein-1 (XBP1) enhances the sensitivity of HOS osteosarcoma cells to pyropheophorbideα methyl ester-mediated photodynamic therapy. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2022; 37: 102646. doi: 10.1016/j.pdpdt.2021.102646.

44. Zhang Q., Xia Y., Wang L., Wang Y., Bao Y., Zhao G.S. Targeted anti-angiogenesis therapy for advanced osteosarcoma. Front Oncol. 2024; 14: 1413213. doi: 10.3389/fonc.2024.1413213.

45. Cuadrado C.F., Lagos K.J., Stringasci M.D., Bagnato V.S., Romero M.P. Clinical and pre-clinical advances in the PDT/PTT strategy for diagnosis and treatment of cancer. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2024; 50: 104387. doi: 10.1016/j.pdpdt.2024.104387.

46. Wang J., Liu M., Wang J., Li Z., Feng Z., Xu M., Wang H., Li H., Li Z., Yu J., Liu J., Wei Q., Zhang S., Zhang X. Zinc oxide nanoparticles with catalase-like nanozyme activity and near-infrared light response: A combination of effective photodynamic therapy, autophagy, ferroptosis, and antitumor immunity. Acta Pharm Sin B. 2024; 14(10): 4493−508. doi: 10.1016/j.apsb.2024.07.002.

47. Grande M.P.D., Miyake A.M., Nagamine M.K., Leite J.V.P., da Fonseca I.I.M., Massoco C.O., Dagli M.L.Z. Methylene blue and photodynamic therapy for melanomas: Inducing different rates of cell death (necrosis and apoptosis) in B16-F10 melanoma cells according to methylene blue concentration and energy dose. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2022; 37: 102635. doi: 10.1016/j.pdpdt.2021.102635.

48. Meier D., Botter S.M., Campanile C., Robl B., Gräfe S., Pellegrini G., Born W., Fuchs B. Foscan and foslip based photodynamic therapy in osteosarcoma in vitro and in intratibial mouse models. Int J Cancer. 2017; 140(7): 1680−92. doi: 10.1002/ijc.30572.

49. Elfeky S.A., Elsayed A., Moawad M., Ahmed W.A. Hydroxyapatite nanocomposite as a potential agent in osteosarcoma PDT. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2020; 32: 102056. doi: 10.1016/j.pdpdt.2020.102056.

50. Yu H., Zhang Y., Zuo Q., Zhong S., Chen Y., Zhang M., Zhan F., Ou Y. Targeting X box-binding protein-1 (XBP1) enhances the sensitivity of HOS osteosarcoma cells to pyropheophorbideα methyl ester-mediated photodynamic therapy. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2022; 37: 102646. doi: 10.1016/j.pdpdt.2021.102646.

51. Zuo Q., Ou Y., Zhong S., Yu H., Zhan F., Zhang M. Targeting GRP78 enhances the sensitivity of HOS osteosarcoma cells to pyropheophorbide-α methyl ester-mediated photodynamic therapy via the Wnt/β-catenin signaling pathway. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 2021; 53(10): 1387–97. doi: 10.1093/abbs/gmab115.

52. Yu W., Wang Y., Zhu J., Jin L., Liu B., Xia K., Wang J., Gao J., Liang C., Tao H. Autophagy inhibitor enhance ZnPc/BSA nanoparticle induced photodynamic therapy by suppressing PD-L1 expression in osteosarcoma immunotherapy. Biomaterials. 2019; 192: 128–39. doi: 10.1016/j.biomaterials.2018.11.019.

53. Cheng J., Wang W., Xu X., Lin Z., Xie C., Zhang Y., Zhang T., Li L., Lu Y., Li Q. AgBiS2 nanoparticles with synergistic photodynamic and bioimaging properties for enhanced malignant tumor phototherapy. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2020; 107: 110324. doi: 10.1016/j.msec.2019.110324.

54. Huang X., Chen J., Wu W., Yang W., Zhong B., Qing X., Shao Z. Delivery of MutT homolog 1 inhibitor by functionalized graphene oxide nanoparticles for enhanced chemo-photodynamic therapy triggers cell death in osteosarcoma. Acta Biomater. 2020; 109: 229–43. doi: 10.1016/j.actbio.2020.04.009.

55. Xu C., Wang M., Guo W., Sun W., Liu Y. Curcumin in Osteosarcoma Therapy: Combining With Immunotherapy, Chemotherapeutics, Bone Tissue Engineering Materials and Potential Synergism With Photodynamic Therapy. Front Oncol. 2021; 11: 672490. doi: 10.3389/fonc.2021.672490.

56. Liang W., Long H., Zhang H., Bai J., Jiang B., Wang J., Fu L., Ming W., Zhao J., Zeng B. Bone scaffolds-based localized drugs delivery for osteosarcoma: current status and future perspective. Drug Deliv. 2024; 31(1): 2391001. doi: 10.1080/10717544.2024.2391001.

57. Jardón-Guadarrama G., Manríquez-Ramírez M.E., RodríguezPérez C.E., Díaz-Ruiz A., de Los Ángeles Martínez-Cárdenas M., MataBermudez A., Ríos C., Ortiz-Islas E. TiO2-ZnPc nanoparticles functionalized with folic acid as a target photosensitizer for photodynamic therapy against glioblastoma cells. J Mater Sci Mater Med. 2024; 35(1): 51. doi: 10.1007/s10856-024-06823-w.

58. Yu W., Ye M., Zhu J., Wang Y., Liang C., Tang J., Tao H., Shen Y. Zinc phthalocyanine encapsulated in polymer micelles as a potent photosensitizer for the photodynamic therapy of osteosarcoma. Nanomedicine. 2018; 14(4): 1099–110. doi: 10.1016/j.nano.2018.02.005.

59. Matsubara T., Kusuzaki K., Matsumine A., Murata H., Satonaka H., Shintani K., Nakamura T., Hosoi H., Iehara T., Sugimoto T., Uchida A. A new therapeutic modality involving acridine orange excitation by photon energy used during reduction surgery for rhabdomyosarcomas. Oncol Rep. 2009; 21(1): 89–94.

60. Kusuzaki K., Hosogi S., Ashihara E., Matsubara T., Satonaka H., Nakamura T., Matsumine A., Sudo A., Uchida A., Murata H., Baldini N., Fais S., Marunaka Y. Translational research of photodynamic therapy with acridine orange which targets cancer acidity. Curr Pharm Des. 2012; 18(10): 1414–20. doi: 10.2174/138161212799504812.