Фотодинамическая терапия (ФДТ) представляет собой метод локальной активации накопившегося в опухоли фотосенсибилизатора видимым красным светом, что в присутствии кислорода тканей приводит к развитию фотохимической реакции, разрушающей опухолевые клетки.
 ФДТ довольно быстро нашла свое место в онкологии и оказалась полезной в лечении рака различных стадий и локализаций, а также при целом ряде неопухолевых заболеваний.
 В настоящее время, когда различными аспектами ФДТ и тесно связанной с ней флюоресцентной диагностики (ФД) занимаются тысячи ученых и практикующих врачей, когда пролечены десятки тысяч больных различными формами рака и открываются все новые перспективы для этого метода, большой интерес представляет сама история развития ФДТ как широкой области фотомедицины в целом.
 Прообразом современной ФДТ можно считать попытки древних египтян применять светопоглощающие препараты для лечения кожных заболеваний. Из древнейших исторических источников,  дошедших до нас, известно, что в древнем Египте, по некоторым данным, еще 6000 лет тому назад применялись растительные препараты, вызывающие фотореакцию в тканях, для лечения депигментированных участков кожи (витилиго), которые принимали за проявления проказы. Использовали природные фотосенсибилизаторы (псоралены), содержащиеся в таких растениях, как пастернак, петрушка, зверобой, активирующиеся солнечным светом. После аппликации порошка из этих растений на депигментированные участки кожи и последующей инсоляции ярким солнечным светом на них появлялась пигментация по типу солнечного загара.
В 1550 году до нашей эры фотомедицинские процедуры уже были описаны в Эберском папирусе [9] и в священной индийской книге «Atharva Veda» (цит. по [28]). Основными показаниями для фотолечения были беспигментные  очаги кожи, расцениваемые как лепрозные, большинство из которых, вероятно, были витилиго (лейкодерма). В соответствии с древней индийской медицинской литературой, применение черных семян растения “Бейвечи” или “Вейсучайка” сопровождалось экспозицией под прямым солнечным светом. Bavachee или Vasuchika были в последующем идентифицированы как Psoralea corylifolia (Rapinat Herbarium. Индия, 1982). Это растение содержит псоралены (фурокумарины), являющиеся анаэробными фотосенсибилизаторами. Это же растение упоминается как средство для лечения витилиго в Буддистской литературе примерно с 200 года нашей эры и в Китайских документах периода Сунь 10-го столетия. В своей знаменитой книге «Mofradat Al Adwiya» (13-е столетие, Египет) Ибн Эль Битар описал лечение депигментированных очагов кожи (витилиго) тинктурой из меда и порошка семян растения, называемого «Aatrillal» (Эйэтриллал), которое в изобилии произрастало в долине реки Нил (цит. по [10]). Эйэтриллал был идентифицирован как растение, называемое Ammi majus (Амми большая или китайский тмин), содержащее различные псоралены. После системного применения смеси из порошка семян Ammi majus с медом (“путем слизывания”) больному рекомендовали сидеть на ярком солнечном свете в течение 1 или 2 часов, облучая  депигментированную кожу. Солнечный свет приводил к активации псораленов. Фотодинамическая реакция в лейкодерме приводила к везикуляции (образованию пузырей), которая сопровождалась реэпителизацией и репигментацией.
Содержащиеся в растении соединения фурокумаринов обладают свойством сенсибилизировать кожу к действию света и стимулировать образование в ней пигмента меланина, что способствует восстановлению пигментации кожи. В наши дни из амми получен препарат Аммифурин, содержащий смесь трех фурокумаринов (изопимпинеллина, бергаптена, ксантотоксина). Его применяют при витилиго, псориазе, красном плоском лишае, нейродермите.
 В прошлом столетии в Египте проведены интенсивные исследования псораленов. Были выделены из растений и химически проанализированы активные ингредиенты [10]. Вскоре после этого главное, наиболее важное соединение  - 8-метоксипсорален было применено для лечения псориаза. Фотосенсибилизация и фотохимические реакции при использовании псораленов протекали без участия кислорода.
 Однако кислород-зависимую фотодинамическую реакцию  открыл зимой 1897-98 годов O.Raab - студент фармакологического института (директор - профессор H. von Tappeiner) Мюнхенского Университета  при изучении эффектов света и красителей на парамеции [1, 24]. Он заметил, что парамеции активно двигались в растворе краски - акридинового кислого при инкубации в темноте или при экспозиции под солнечным светом без акридинового красителя. Но комбинация раствора акридинового красителя и экспозиции под солнечным светом убивала парамеции. Это наблюдение вызвало 2 главных вопроса: 1). Придает ли акридиновый краситель свету токсические свойства, например, путем поглощения необходимой для жизни длины волны? и 2)  Превращает ли свет акридиновый краситель в токсическое вещество? Первая гипотеза была отвергнута после эксперимента, в котором парамеции выживали в обычном растворе, когда свет отдельно пропускался через раствор акридинового красителя, используемого в качестве светофильтра. Таким образом, акридиновый краситель не превращал свет в токсическое излучение. Тем не менее, специфическими свойствами акридинового красителя являются абсорбция  и флюоресценция. Так как абсорбция не сделала свет токсичным, флюоресценция была расценена как главный повреждающий  параметр в механизме гибели. O.Raab предположил (возможно, не без участия своего шефа, профессора Tappeiner), что флюоресцирующие субстраты наподобие акридинового красителя трансформируют энергию света в активную химическую энергию (“living chemical energy”), которая вызывает смерть парамеций.  Активная химическая энергия лежит в основе фотодинамической терапии. Базируясь на новых знаниях по фотодинамике, H.Tappeiner и H.Jesionek в 1903 году провели первый сеанс ФДТ рака кожи (рис.1), используя в качестве фотосенсибилизатора эозин [26]. В 1905 году они описали свои первые результаты лечения 6 больных базальноклеточным раком кожи лица с местным применением 1% раствора эозина и длительным облучением солнечным или искусственным светом от дуговой лампы [16]. Они добились полной резорбции очагов у 4 больных с длительностью безрецидивного периода в течение 1 года до момента публикации своих данных. Тогда же H.Tappeiner и A.Jodlbauer [27] ввели термин «фотодинамическое действие» (“photodynamische Wirkung”).
 
 
 
 
 

Рисунок 1. А). Рецидив базальноклеточного рака у 63-летнего мужчины после хирургического лечения в 1899 году (до фотодинамической терапии). Б). Тот же больной после повторных сеансов ФДТ в 1903-1904 годах с местным применением путем орошения 1% раствора флюоресцеина или 1% раствора эозина и экспозицией солнечным светом или светом дуговой лампы с полным выздоровлением и длительностью безрецидивного периода 11 месяцев (до момента публикации статьи).

 Первое описание фототоксичности гематопорфирина сделал W.H.Hausmann в 1908 году. Он открыл, что гематопорфирин - это активный сенсибилизатор для парамеций  и эритроцитов [14].  Незадолго до 1910 года он провел оригинальные эксперименты на белых мышах. Мышам вводился гематопорфирин и их облучали солнечным светом. Это приводило к развитию реакций, варьирующих в зависимости от количества фотосенсибилизатора или от количества света [13]. W.H.Hausmann предположил, что первичный эффект ФДТ был обусловлен повреждением периферических сосудов.
 Впервые действие гематопорфирина на человеческий организм испытано в сенсационном эксперименте на себе самом Майер-Бетцем [21]. 14 октября 1912 года F.Meyer-Betz ввел сам себе внутривенно 0,2 г гематопорфирина и продемонстрировал солнечную фоточувствительность в виде отека и гиперпигментации, которые продолжались в течение 2 месяцев (рис.2). Последующие исследования подтвердили, что системное применение гематопорфирина вызывает интенсивную фотосенсибилизацию различных тканей, в том числе кожи.
 
 

Рисунок 2. F. Meyer-Betz до (А) и после (Б) внутривенного введения 200 мг гематопорфирина.

 Диагностическое значение основанной на использовании гематопорфирина флюоресценции неопластических тканей подчеркнул A.Policard в 1924 году [22]. Он предположил, что красная флюоресценция, вызываемая ультрафиолетовым светом на экспериментальных саркомах крыс, обусловлена накоплением эндогенного гематопорфирина вследствие вторичного инфицирования гемолитическими бактериями.
На другой экспериментальной модели с крысами показано, что красную флюоресценцию неопластической ткани можно усилить путем введения экзогенного гематопорфирина [2]. Стало очевидным, что накопление гематопорфирина опухолями в большей концентрации, чем нормальными тканями, указывает на возможность нового диагностического и лечебного применения сенсибилизаторов при раке. В 1948 году F.H.Figge и соавторы [11] продемонстрировали повышенное родство (т.е. свойство поглощать, накапливать) к порфирину тканей с высокой пролиферативной активностью, таких как неопластическая, эмбриональная и регенеративная ткань. Они доказали это на модели экспериментальных животных и высказали мнение о возможности ФДТ рака с использованием порфиринов.
 В 1954 году группе из 11 больных раком гематопорфирин был введен внутривенно в дозах от 300 до 1000 мг за 12-72 часа до хирургической операции [24]. Яркая красная флюоресценция визуализировалась во время операции при облучении ближним ультрафиолетовым светом. Авторы пришли к заключению, что красную флюоресценцию гематопорфирина и его тенденцию концентрироваться в опухолях можно использовать, чтобы помочь хирургам во время операции выявить невидимые глазом опухоли и определить границы опухолей. Выявление мелких или невидимых, незаметных лимфатических узлов можно также облегчить этой фотодинамической техникой.
 Важным моментом в развитии современной ФДТ явилась разработка фотосенсибилизатора с улучшенными свойствами - производного гематопорфирина (ПГП), обозначаемого в англоязычной литературе HpD, т.к. сам гематопорфирин, представлял собой смесь порфиринов и инертных примесей [25]. Производное гематопорфирина оказалось вдвое более токсичным, чем первоначальный препарат, и обладало в 2 раза более высоким фотодинамическим действием. Впервые HpD было приготовлено S.Schwartz путем обработки гематопорфирина концентрированной серной и уксусной кислотами и применено в клинике Мейо (США) в 1960 году для выявления опухолей [19].
 В 1960 году R.L.Lipson и E.J.Baldes [19] 15 больным раком вводили внутривенно по 2 мг на кг веса тела HpD приблизительно за 3 часа до эндоскопической процедуры. При эндоскопии флюоресценция не давала ни ложно-положительных, ни ложно-отрицательных результатов при попадании достаточного количества активирующего света на опухолевые очаги. По мнению авторов, флюоресцентная эндоскопия после системного применения HpD может быть пригодной методикой для определения злокачественных новообразований.
 Другим исследованием с внутривенным введением HpD 226 больным была доказана 75-85% корреляция флюоресценции с положительной биопсией плоскоклеточного рака и аденокарциномы при 23% ложно-положительных результатов на 53 доброкачественных очага [12].
В то время как основной целью предшествующих, выше приведенных исследований была флюоресцентная диагностика опухолей, первое описание фотодинамической деструкции раковой опухоли после введения НpD сделано в 1966 году [20]. R.L.Lipson и соавторы реализовали потенциальные возможности селективной деструкции опухолей, содержащих HpD, путем использования его фотодинамических свойств. Были получены объективные данные  эффекта фотодинамического воздействия у больной с обширным изъязвленным рецидивным раком молочной железы, которую подвергли лечению путем многократного введения HpD и локальной экспозиции опухоли фильтрованным от ксеноновой лампы светом (спектр не указан). Это наблюдение явилось основанием для сообщения на IX Международном Противораковом Конгрессе в Токио в 1966 году [20].
В другом исследовании фотодинамической деструкции подверглись глиомы, трансплантированные под кожу крысам, путем введения гематопорфирина с последующей экспозицией белым светом [4].
 J.F.Kelly и M.E.Snell [17] имплантировали 11 кусочков раковых опухолей мочевого пузыря человека иммуносупрессированным мышам. Применение HpD с последующим через 24 часа облучением белым светом вызвало заметную деструкцию опухолей.  Авторы предположили, что ФДТ можно применять при лечении поверхностно стелящегося переходно-клеточного рака мочевого пузыря человека. Спустя 1 год они провели ФДТ больному с рецидивным поверхностным анаплазированным раком мочевого пузыря, использовав HpD. Через 48 часов после лечения были некротизированы несколько папиллярных опухолей. Здоровые участки слизистой мочевого пузыря выглядели неповрежденными.
 В 1978 году T.J.Dougherty и соавторы [5] описали полный или частичный эффект ФДТ с HpD 111 из 113 кожных или подкожных очагов злокачественных опухолей человека. Интенсивно пигментированные или большие опухоли требовали больших доз HpD. Избежать повреждения нормальной окружающей кожи удавалось путем снижения доз света или путем увеличения временного интервала между введением фотосенсибилизатора и световым воздействием. Авторы с самого начала считали лазерный свет как эффективную альтернативу свету дуговой лампы и уже использовали для ФДТ перестраиваемый лазер на красителях с аргоновой накачкой и подведение света по волоконным световодам [6]. Главное преимущество лазера, как они потом подчеркивали, состоит не в интенсивности или длине волны, а в возможности использования гибких световодов.
 В последующем, в 1980 году небольшие очаги эндобронхиального плоскоклеточного рака облучались потоком красного лазерного света, подводимого по кварцевым гибким световодам, введенным через инструментальный канал гибкого бронхоскопа [15].
 Как выяснилось значительно позже, HpD представляет собой  тоже неочищенную смесь порфиринов, все еще в значительной степени не активных или имеющих слабую фотосенсибилизирующую активность. По данным [8, 18], сам гематопорфирин составлял около 20% этой смеси, продукты его монодегидратации, в том числе гидроксиэтилвинилдейтеропорфирин - 25% и продукты дидегидратации протопорфирина - 5%. Вторую половину этой смеси составляли порфирины, соединенные эфирными связями в комплексы размерами от 2 до 8 пиррольных колец. Эти соединения можно было отделить от других компонентов различными хроматографическими методами и именно они обусловливали биологическую активность HpD. Препарат, содержащий как минимум 80% этих активных фракций, известен [7] как Фотофрин II, porfimer sodium или эфир дигематопорфирина (DHE). Этот препарат был разрешен Американским комитетом по пищевым добавкам и лекарствам для клинических испытаний, прошел III фазу клинических испытаний при спонсорской поддержке производящими его компаниями Photomedica Inc (NJ, USA), Quadra Logics Technologies (Vancouver, Canada) и American Cyanamid Lederle Laboratories (NY, USA) и неплохо зарекомендовал себя в качестве фотосенсибилизатора при ФДТ различных злокачественных новообразований. В настоящее время Фотофрин II является самым распространенным в мире фотосенсибилизатором. Его называют «рабочей лошадкой» ФДТ. При введении в организм экспериментальных животных он накапливается во всех тканях и органах ретикулоэндотелиальной системы (например, в печени, почках, селезенке), а также в опухолевой ткани, хотя и в меньшей концентрации [3]. Однако, в опухолевой ткани он задерживается на более длительное время, чем в нормальных тканях (у крыс до 12 недель). Тем не менее, стойкая задержка в коже даже минимальной концентрации фотосенсибилизатора требует от пациентов соблюдения ограниченного светового режима, т.е. предохранения от попадания на кожу яркого света, особенно солнечного, в течение 4-6 недель, чтобы избежать реакции кожи наподобие солнечного ожога.
 В России аналогом фотофрина II является первый отечественный фотосенсибилизатор фотогем, созданный в МИТХТ им. М.В.Ломоносова под руководством профессора А.Ф.Миронова в 1990 году. Клинические испытания фотогема впервые предприняты в ГНЦ лазерной медицины МЗ РФ в феврале 1992 года. В настоящее время испытанный в ряде московских НИИ фотогем разрешен Минздравом России для широкого клинического применения.
 В 1994 году начаты клинические испытания отечественного фотосенсибилизатора второго поколения - фотосенса, разработанного в НПО «НИОПИК» под руководством члена-корреспондента РАН, профессора Г.Н.Ворожцова и профессора Е.А.Лукьянца. В настоящее время в МНИОИ им. П.А.Герцена, ОНЦ им. Н.Н.Блохина, ММА им. И.М.Сеченова и ГНЦ лазерной медицины МЗ РФ завершается III фаза клинических испытаний этого препарата для ФДТ злокачественных новообразований и проводятся интенсивные исследования по ФДТ длительно не заживающих гнойных ран, трофических язв и других неопухолевых заболеваний (ГНЦ лазерной медицины МЗ РФ).
 Третьим отечественным препаратом для ФДТ и флюоресцентной диагностики, клинические испытания которого проводятся в настоящее время, является Аласенс, также созданный в «НИОПИК».
 Три Всероссийских Симпозиума с международным участием (1995, 1997 и 1999 гг.) и ежегодные международные конференции по Лазерной медицине с секцией ФДТ свидетельствуют о научных достижениях отечественных ученых в этой области и о растущем интересе практикующих врачей к фотодинамической терапии. В июне 2001 года в Ванкувере (Канада) с триумфом прошел VIII Конгресс Всемирной Фотодинамической Ассоциации. В настоящее время научная и медицинская общественность готовится к IX Конгрессу Всемирной Фотодинамической Ассоциации, который состоится в Японии в 2003 году.
 Молодая отрасль российской медицины - клиническая фотодинамическая терапия, которой в феврале 2002 года исполняется 10 лет, должна занять достойное место на предстоящем форуме. Для этого имеются все предпосылки: разрабатываются новые перспективные фотосенсибилизаторы, созданы отечественные полупроводниковые лазеры, освоены и продолжают развиваться методы клинической ФДТ и флюоресцентной диагностики.
 
 

Литература

1. Abels C, Goetz AE: A clinical protocol for photodynamic therapy; in H?nigsmann H, Jori G, Young AR (eds): The fundamental Bases of Phototherapy. OEMF spa - Milano, 1996, pp 265-284.
2. Auler H, Banzer G: Untersuchung ?ber die Rolle der Porphyrine bei geschwulstkranken Menschen und Tieren. Z Krebsforsch 1942; 53:65-68.
3. Bugelski PJ, Porter CW, Dougherty TJ: Autoradiographic distribution of hematoporphyrin derivative in normal and tumor tissue of the mouse. Cancer Res 1981; 41:4606-4612.
4. Diamond I, McDonagh AF, Wilson CB, Granelli SG, Nielsen S, Jaenicke R: Photodynamic therapy of malignant tumors. Lancet 1972;ii:1175-1177.
5. Dougherty TJ, Kaufman JE, Goldfarb A: Photoradiation therapy for the treatment of malignant tumors. Can Res 1978; 38:2628-2635.
6. Dougherty TJ, Thoma RE, Boyle D, Weishaupt KR: Photoradiation therapy of malignant tumors: Role of the laser; in Pratesi R, Sacchi CA (eds): Lasers in Photomedicine and Photobiology. New York, Springer, 1980, pp 67-75.
7. Dougherty TJ: Photodynamic therapy - new approaches. Seminars in Surgical Oncology 1989; 5:6-16.
8. Dougherty TJ: Studies on the structure of porphyrins contained in Photofrin II. Photochem Photobiol 1987; 46(5):569.
9. El-Mofy AM: Vitiligo and Psoralens. Oxford, Pergamon Press, 1968, p.147
10. Fahmy IR, Abu-Shady H: Ammi majus linn: The Isolation and properties of ammoidin, ammidin and majudin, and their effect in the treatment of leukoderma. Q J Pharm Pharmacol 1948;21:499-503.
11. Figge FHJ, Weiland GS, Manganiello OJ: Cancer detection and therapy. Affinity of neoplastic, embryonic, and traumatized tissues for porphyrins and metalloporphyrins. Proc Soc Exp Biol Med 1948; 68:640-641.
12. Gregorie HB, Horger EO, Ward JL, Green JF, Richards T, Robertson HC, Stevenson TB: Hematoporphyrin-derivative fluorescence in malignant neoplasms. Ann Surg 1968; 167:820-828.
13. Hausmann WH: Die sensibilisierende Wirkung des H?matoporphyrins. Biochem Z 1910; 30:276-316.
14. Hausmann WH: Die sensibilisierende Wirkung tierischer Farbstoffe und ihre physiologische Bedeutung. Wien Klin Wochenschr 1908; 21: 1527-1529.
15. Hayata Y, Kato H, Konaka C, Ono J, Takizawa N: Hematoporphyrin derivative and laser photoradiation in the treatment of lung cancer. Chest 1982; 81:269-277.
16. Jesionek A, Tappeiner H: Zur Behandlung der Hautcarcinome mit fluorescierenden Stoffen. Dtsch Arch Klin Med 1905; 82:223-226.
17. Kelly JF, Snell ME: Hematoporphyrin derivative: a possible aid in the diagnosis and therapy of carcinoma of the bladder. J Urol 1976; 115:150-151.
18. Kessel D, Thompson P, Musselman B, Chang CK: Probing the structure of the tumor-localizing derivative of hematoporphyrin by reductive cleavage with LIAIH4. Photochem Photobiol 1987; 46(5):563.
19. Lipson RL, Baldes EJ, Olsen AM: The use of a derivative of hematoporphyrin in tumor detection. J Natl Cancer Inst 1961; 26:1-8.
20. Lipson RL, Gray MJ, Baldes EJ: Hematoporphyrin derivative for detection and management of cancer. Proc 9-th International Cancer Congress, Tokyo, Japan, 1966, p.393.
21. Meyer-Betz F: Untersuchung ?ber die biologische (photodynamische) Wirkung des H?matoporphyrins und anderer Derivate des Blut- und Gallenfarbstoffs. Dtsch Arch Klin Med 1913; 112:476-503.
22. Policard A: Etudes sur les aspects offerts par des tumeurs experimentales examines a la lumiere de Wood. CR Soc Biol 1924; 91:1423-1424.
23. Raab O: Uber die Wirkung fluorescirender Stoffe auf Infusorien. Z Biol 1900; 39:524-546.
24. Rasmussen DS, Ward GE, Figge FHJ: Fluorescence of human lymphatic and cancer tissues following high doses of intravenous hematoporphyrin. Cancer 1955; 1:78-81.
25. Schwartz S, Absolon K, Vermund H: Some relationships of porphyrins, X-rays and tumors. Bull Minn Univ School Med 1955; 27:7-13.
26. Tappeiner H, Jesionek X: Therapeutische Versuche mit fluoreszierenden Stoffen. M?nch Med Wochenschr 1903; 50:2042-2044.
27. Tappeiner H, Jodlbauer A: Uber die Wirkung der photodynamischen (fluoreszierenden) Stoffe auf Protozoen und Enzyme. Dtsch Arch Klin Med 1904; 80:427-437.
28. Wyss P. History of Photomedicine; in Wyss P, Tadir Y, Tromberg BJ, Haller U (eds): Photomedicine in Gynecology and Reproduction. Basel, Karger, 2000, pp 4-11.