Действие фотодинамической терапии с производным бактериохлорофилла а на рост и функциональную морфологию саркомы М-1 крыс

Background: In recent years, the method of photodynamic therapy (PDT) has been increasingly used in clinical oncology. Three non-toxic components play a key role in realization of the anti- tumor effect of PDT: a photosensitizer (PS), local irradiation of the tumor with light/laser of a certain wavelength corresponding to the sensitizer absorption peak, and oxygen. The highly reactive biological oxidants formed during photochemical reactions exert a destructive effect on cells and tumor vasculature with subsequent activation of the immune response. Efficiency of PDT is determined by the level of PS accumulation in tumors, as well as by its photophysical parameters and photochemical activity. To create a new PS, natural chlorophylls and their derivatives with intense absorption in the long-wave region of the spectrum are of particular interest.Aim: To study the efficacy and mechanism of PDT action (using a conjugate containing two molecules of dipropoxy-bacteriopurpurinimide with a cystamine residue as a PS) on the growth and functional morphology of transplanted solid connective tissue tumor.Materials and methods: The study was carried out in female white outbred rats with subcutaneously implanted sarcoma M-1. PS was injected to rats of the experimental group intraperitoneally. PDT was performed during the maximal index of tumor/ healthy tissue contrast after the administration of the PS. The criterion of PDT efficacy was a change in the tumor growth/regression coefficient. The research methods included immunohistochemistry for PCNA and CD31, evaluation of mitotic activity and apoptosis of tumor cells, as well as computer analysis of microscopic images.Results: After PDT with the new PS, a 16-fold decrease of growth coefficient of tumor nodes was registered. The photo-induced antitumor effect was shown to be due to destruction of sarcoma M-1 vascular bed, rapid inhibition of proliferative activity and devitalization of tumor cells. At early stages after PDT, destruction of the microvasculature and photo-cytostatic shock of tumor cells with subsequent development of necrosis appears to be caused by direct influence of the light flux on sensitized cellular elements in tumor parenchyma and stroma. Conclusion: The final result of PDT is determined by the sequence of destructive and inflammatory changes in the tumor parenchyma and surrounding tissues, as well as by a proliferative potential of malignant cells surviving after treatment. The surviving tumor cells, which determine the recurrent growth of neoplasms after PDT, are still present, maybe due to an insufficient concentration of the sensitizer in certain weakly vascularized areas of sarcoma M-1.Актуальность. В последние годы в клинической онкологии все чаще и успешно применяется метод фотодинамической терапии (ФДТ). Для реализации противоопухолевого эффекта ФДТ ключевую роль играют три нетоксичных компонента: фотосенсибилизатор (ФС), локальное облучение опухоли светом/лазером определенной длины волны, соответствующей пику поглощения сенсибилизатора, и кислород. Образующиеся в ходе фотохимических реакций высокоактивные биологические окислители оказывают деструктивное действие на клетки и сосудистую сеть опухоли с последующей активацией иммунного ответа. Эффективность ФДТ определяется уровнем накопления ФС в опухоли, а также его фотофизическими параметрами и фотохимической активностью. Для создания новых ФС особый интерес представляют природные хлорофиллы и их производные с интенсивным поглощением в длинноволновой области спектра.Цель – изучение эффективности и механизма действия ФДТ с применением в качестве ФС конъюгата, содержащего две молекулы дипропоксибактериопурпуринимида с остатком цистамина, на рост и функциональную морфологию солидной соединительнотканной перевиваемой опухоли.Материал и методы. Работа выполнена на самках белых беспородных крыс с имплантированной подкожно саркомой М-1. ФС вводили крысам опытной группы внутрибрюшинно. ФДТ проводили в период максимального индекса контрастности опухоль/здоровая ткань после введения ФС. Критерием эффективности действия ФДТ было изменение коэффициента роста/регрессии опухолей. Методы исследования включали иммуноокрашивание на PCNA и CD31, определение митотической активности и апоптотической гибели опухолевых клеток, а также компьютерный анализ микроскопических изображений.Результаты. На фоне ФДТ с новым ФС зарегистрировано снижение коэффициента роста опухолевых узлов в 16 раз. Показано, что фотоиндуцированное противоопухолевое действие обусловлено разрушением сосудистого русла саркомы М-1, быстрым ингибированием пролиферативной активности и девитализацией опухолевых клеток. В ранние сроки после ФДТ деструкция микроциркуляторного русла и фотоцитостатический шок опухолевых клеток с последующим развитием некроза, по-видимому, обусловлены прямым воздействием лазерного излучения на сенсибилизированные клеточные элементы паренхимы и стромы опухолей.Заключение. Конечный результат ФДТ определяется последовательностью деструктивных и воспалительных изменений в паренхиме опухолей и окружающих тканях, а также пролиферативным потенциалом выживших после лечения опухолевых клеток. Возможно, из-за недостаточно эффективной концентрации сенсибилизатора в отдельных слабо васкуляризированных участках саркомы М-1 сохраняются выжившие опухолевые клетки, которые определяют рецидивирующий рост новообразований после ФДТ