Фотосенсибилизация: механизмы и применение¶

Фотосенсибилизация — это повышение чувствительности биологических тканей, клеток или химических соединений к действию света, вызванное наличием в системе специальных веществ — фотосенсибилизаторов. В широком смысле термин описывает любой процесс, при котором поглощение энергии излучения одним веществом (сенсибилизатором) приводит к фотохимической реакции в другом веществе, которое само по себе свет не поглощает. В биологии и медицине фотосенсибилизация рассматривается как ключевой механизм фотодинамической терапии, а также как побочный эффект при приёме некоторых лекарственных препаратов.

¶Механизм действия

Фотосенсибилизация основана на передаче энергии от молекулы фотосенсибилизатора к молекулам-мишеням. Процесс включает несколько стадий:

1. Поглощение фотона. Молекула сенсибилизатора переходит из основного состояния в возбуждённое синглетное.
2. Интеркомбинационная конверсия. Возбуждённая молекула переходит в более долгоживущее триплетное состояние.
3. Передача энергии. Триплетная молекула взаимодействует с окружающими молекулами кислорода или субстрата.

В зависимости от типа первичной реакции выделяют два основных механизма:

• Тип I (электронный перенос). Сенсибилизатор в триплетном состоянии реагирует с субстратом, образуя свободные радикалы. Эти радикалы далее взаимодействуют с кислородом, формируя активные формы кислорода (супероксид-анион, гидроксильный радикал).
• Тип II (перенос энергии). Энергия передаётся молекулярному кислороду с образованием синглетного кислорода (¹O₂) — высокореакционной частицы, вызывающей окислительное повреждение липидов, белков и нуклеиновых кислот.

Для большинства клинических фотосенсибилизаторов доминирует механизм типа II, так как синглетный кислород считается основным цитотоксическим агентом при фотодинамической терапии.

¶Классификация фотосенсибилизаторов

Фотосенсибилизаторы — обширная группа соединений как природного, так и синтетического происхождения. По химической структуре их разделяют на несколько классов:

• Порфирины и их производные. Гематопорфирин, фотогем, фотофрин. Первое поколение препаратов для фотодинамической терапии.
• Хлорины и бактериохлорины. Фотосенс, фотодитазин. Отличаются более сильным поглощением в красной области спектра и меньшей кожной токсичностью.
• Фталоцианины. Фотоцианин, алюминиевый фталоцианин. Имеют высокий коэффициент экстинкции в ближней инфракрасной области.
• Природные пигменты. Гиперицин (из зверобоя), куркумин, рибофлавин, псоралены (фурокумарины).
• Синтетические красители. Метиленовый синий, толуидиновый синий, производные акридина.

По происхождению выделяют эндогенные сенсибилизаторы (порфирины, рибофлавин, билирубин), которые накапливаются в тканях при нарушениях обмена веществ, и экзогенные, поступающие в организм извне.

¶Фотосенсибилизация в медицине

¶Фотодинамическая терапия

Фотодинамическая терапия (ФДТ) — метод лечения онкологических и некоторых неопухолевых заболеваний, основанный на избирательном накоплении фотосенсибилизатора в патологической ткани с последующим облучением светом определённой длины волны. При облучении в присутствии кислорода развивается фотохимическая реакция, приводящая к гибели клеток опухоли. Метод применяется при раке кожи, пищевода, лёгких, мочевого пузыря, а также при дистрофических заболеваниях сетчатки глаза.

¶Фотодинамическая диагностика

Используется свойство некоторых сенсибилизаторов (например, 5-аминолевулиновой кислоты) накапливаться преимущественно в опухолевых клетках и флуоресцировать при облучении. Это позволяет визуализировать границы новообразования во время хирургических операций.

¶ПУВА-терапия

Метод лечения псориаза, витилиго и других кожных заболеваний, при котором пациент принимает псоралены (фотосенсибилизаторы) с последующим облучением кожи ультрафиолетом длинноволнового диапазона (320–400 нм). Псоралены интеркалируют в ДНК, и при УФ-облучении образуются сшивки между цепями, подавляющие пролиферацию клеток эпидермиса.

¶Побочная фотосенсибилизация

Многие лекарственные препараты и химические вещества способны вызывать нежелательную фотосенсибилизацию кожи. К таким веществам относятся:

• антибиотики (тетрациклины, фторхинолоны, сульфаниламиды);
• нестероидные противовоспалительные средства (ибупрофен, напроксен);
• диуретики (фуросемид, гидрохлоротиазид);
• нейролептики и антидепрессанты (амитриптилин, фенотиазины);
• ретиноиды (изотретиноин);
• эфирные масла (бергамотовое, лаймовое), содержащие фурокумарины.

Клинически побочная фотосенсибилизация проявляется в виде фотодерматитов — эритемы, отёка, пузырей, гиперпигментации на участках кожи, подвергшихся облучению. Различают фототоксические реакции (возникают у всех людей при достаточной дозе света и вещества) и фотоаллергические реакции (иммуноопосредованные, развиваются только у сенсибилизированных лиц).

¶Фотосенсибилизация в природе

В природе фотосенсибилизация играет важную роль в защитных механизмах растений и некоторых животных. Например, зверобой продырявленный (Hypericum perforatum) содержит гиперицин, который при попадании на кожу животных и последующем солнечном облучении вызывает фототоксические реакции — так называемый «зверобойный дерматит» у крупного рогатого скота. Некоторые растения семейства зонтичных и рутовых содержат фурокумарины, защищающие их от поедания травоядными.

У человека эндогенная фотосенсибилизация наблюдается при порфириях — группе наследственных заболеваний, связанных с нарушением синтеза гема. При этих патологиях в коже накапливаются порфирины, что приводит к выраженной светочувствительности, образованию пузырей и рубцов на открытых участках тела.

¶Применение в технике и науке

Помимо медицины, фотосенсибилизация используется в химии для инициирования фотохимических реакций, в производстве полимерных материалов для фотополимеризации, а также в фотокатализе — например, при очистке воды с использованием диоксида титана, который под действием УФ-излучения генерирует активные формы кислорода, разрушающие органические загрязнители. В фотографии фотосенсибилизация применялась для расширения спектральной чувствительности галогенидосеребряных эмульсий.

¶Литература

• Красновский А. А. Синглетный кислород и механизмы фотосенсибилизации // Успехи химии. — 1980.
• Странадко Е. Ф. Фотодинамическая терапия в онкологии. — М., 2003.
• Филоненко Е. В., Соколов В. В. Фотодинамическая терапия: история, современное состояние и перспективы // Российский биотерапевтический журнал. — 2008.
• Henderson B. W., Dougherty T. J. How does photodynamic therapy work? // Photochemistry and Photobiology. — 1992.