光動力醫(yī)學(xué)在骨腫瘤診斷和治療基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用

吳立國，董寶瑜（綜述），董國成，肖德寶（審校）

（1.河北省唐山市豐南區(qū)中醫(yī)院骨科，河北唐山063300；2.河北省唐山市豐南區(qū)衛(wèi)生防疫站門診部，河北唐山063300；3.燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院化工系，河北秦皇島066004）

·綜 述·

光動力醫(yī)學(xué)在骨腫瘤診斷和治療基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用

吳立國1，董寶瑜（1綜述），董國成2，肖德寶（3審校）

（1.河北省唐山市豐南區(qū)中醫(yī)院骨科，河北唐山063300；2.河北省唐山市豐南區(qū)衛(wèi)生防疫站門診部，河北唐山063300；3.燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院化工系，河北秦皇島066004）

骨腫瘤；光動力醫(yī)學(xué)；綜述文獻(xiàn)

光動力醫(yī)學(xué)，包括光診斷和光動力治療（photodiagnosis and photodynamic therapy），是一種新興的癌癥診斷和治療手段，在日本、美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家已廣泛應(yīng)用。目前，荷蘭愛思維爾（Elsevier）出版公司以月刊的形式出版Photodiagnosis and Photodynamic Therapy（光診斷與光動力治療）雜志，報(bào)道國際范圍內(nèi)光動力醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的最新成果，該雜志2010年SCI影響因子為2.302。至今，光動力診斷和治療領(lǐng)域仍然是應(yīng)用基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。將光動力醫(yī)學(xué)引入惡性骨腫瘤的診斷與治療具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義［1-2］。本文就光動力醫(yī)學(xué)在骨腫瘤診斷和治療基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用綜述如下。

1 光動力治療和診斷癌癥的機(jī)制及特點(diǎn)

光敏藥物，即光敏化劑分子通過靜脈注入人體，經(jīng)過一段時(shí)間，敏化劑分子選擇性的在人體各組織、器官分布。目前臨床使用的光敏藥物可高選擇性的與腫瘤組織結(jié)合，在正常的組織細(xì)胞中濃度較低。經(jīng)特定波長的激光照射后，通常為紅光（單光子激發(fā)）或紅外光（雙光子激發(fā)），敏化劑分子激發(fā)到單重態(tài)，通過細(xì)胞間隙竄躍到達(dá)三重態(tài)，三重態(tài)將其能量轉(zhuǎn)移給氧分子，從而使得組織中三重態(tài)氧敏化，獲得能量產(chǎn)生單重態(tài)氧等活性氧物種，進(jìn)而發(fā)生一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞毒理反應(yīng)，誘導(dǎo)周圍癌細(xì)胞凋亡［3］。一般認(rèn)為，光動力治療中毒理作用的發(fā)揮通過以下途徑：一是活性氧物種對腫瘤細(xì)胞的直接殺傷作用；二是基于對腫瘤組織的血管的破壞作用；三是誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。光敏劑分子發(fā)光強(qiáng)度足夠時(shí)，可用于光成像，從而用做光診斷。

在光動力治療過程中，不可缺少的條件是光敏化劑，即治療用的藥物、激光和氧氣，而氧氣在組織中都存在。光敏化劑是光動力治療的重要部分，光化學(xué)、光物理學(xué)家和醫(yī)學(xué)家一直致力于高效光敏劑的研究與開發(fā)。單純基于有機(jī)小分子體系的敏化劑的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用研究主要集中在卟啉、酞菁、甲基藍(lán)、C60類的衍生物方面。納米科技的發(fā)展為光動力治療光敏劑的研發(fā)提供了不可多得的契機(jī)。近十幾年來，通過無機(jī)納米材料的研究與光動力治療光敏化劑體系研究的接合，使其有了突破性的進(jìn)展，在醫(yī)療實(shí)踐中具有潛在的應(yīng)用前景［4-5］。

就特點(diǎn)而言，光動力治療與常規(guī)的手術(shù)、放療和化療等治療方法相比具有微創(chuàng)、不良反應(yīng)小、對腫瘤組織的高選擇性殺傷等優(yōu)點(diǎn)。與手術(shù)、化療及放療聯(lián)合使用可縮小手術(shù)的范圍、改善手術(shù)的愈合、降低腫瘤復(fù)發(fā)率及保留更好的肢體功能，改善預(yù)后。廣泛應(yīng)用于淺表性疾病的治療，如皮膚癌、頭頸部腫瘤、肺癌及乳腺癌等惡性腫瘤的治療。雙光子技術(shù)的使用使得紅外光激發(fā)成為可能，從而有利于將光動力治療應(yīng)用于位置更深的癌癥治療［6-8］。

2 光動力診斷和治療在骨腫瘤基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用

骨腫瘤起源于間葉組織，能產(chǎn)生骨樣組織的梭形基質(zhì)細(xì)胞，是兒童和成人最常見的主要的惡性骨腫瘤［9-10］，總發(fā)病率每年每百萬人中約3人。直到20世紀(jì)70年代，骨腫瘤大多數(shù)可通過截肢治療或放射治療。盡管局部腫瘤可以控制，但是大多數(shù)骨肉瘤患者在短期內(nèi)因肺轉(zhuǎn)移而死亡，2年生存率為15%～20%。在20世紀(jì)70年代，針對縮小初級腫瘤和腫瘤周圍的瘤腺體以及清除微轉(zhuǎn)移，引入了輔助化療。目前，聯(lián)合應(yīng)用四肢手術(shù)和多種藥物聯(lián)合化療，可以使得5年生存率在50%～70%。然而，30%～40%患者在診斷3年后復(fù)發(fā)，甚至結(jié)果更差。最近，光動力醫(yī)學(xué)法已經(jīng)被考慮用于高度侵犯性轉(zhuǎn)移的骨肉瘤的診斷和有效治療，并通常聯(lián)合常規(guī)使用的輔助化療藥物。

5，10，15，20-四（羥基苯基）二氫卟吩是迄今為止在臨床上治療頭部和頸部癌癥的最有效的光動力治療藥物。有研究［11］報(bào)道將5，10，15，20-四（羥基苯基）二氫卟吩光敏劑注入轉(zhuǎn)移性人骨肉瘤細(xì)胞系143B的SCID小鼠的脛骨，建立模型，并經(jīng)過癌細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移導(dǎo)致死亡，然后研究了光敏劑在鼠體內(nèi)吸收、暗毒性和的體外光毒性。他們發(fā)現(xiàn)藥物在細(xì)胞系中的吸收呈現(xiàn)時(shí)間依賴性和藥物劑量依賴性。5，10，15，20-四（羥基苯基）二氫卟吩光敏劑對轉(zhuǎn)移性骨肉瘤細(xì)胞系143B的細(xì)胞具有一定的暗毒性，用652 nm激光照射時(shí)最大半致死濃度為0.012～0.047mg/L。通過該藥物進(jìn)行光動力治療可以激活caspase-3、caspase-7和caspase-9，從而誘導(dǎo)癌細(xì)胞的凋亡。證明了5，10，15，20-四（羥基苯基）二氫卟吩對轉(zhuǎn)移性143B人骨肉瘤細(xì)胞系的光動力治療有效性。

目前，人們開發(fā)出多種成像方法用于人體中骨惡性腫瘤的體外檢測，如閃爍掃描法和正電子斷層掃描法，但是這些方法準(zhǔn)確度不高，并且都非常昂貴。為了解決這些問題，有研究組［12］開發(fā)了一種基于丫啶橙（Acridine Orange，AO）的光動力診斷的新的成像方法。AO在惡性腫瘤組織中快速選擇性吸收，在受藍(lán)光激發(fā)后，發(fā)出明亮的綠色熒光。因此，AO在光動力治療中具有2個(gè)作用：一是通過其強(qiáng)烈的發(fā)光對癌癥病灶進(jìn)行定位，從而用于診斷；二是具有獨(dú)特的生物活性，在藍(lán)光照射下，具有強(qiáng)烈的殺傷細(xì)胞的作用。因而，AO既可以作為光動力診斷試劑又可以作為光動力治療的藥物［12］。此外，在利用AO的光動力治療方面，有研究組嘗試開發(fā)了一種新的手術(shù)技術(shù)用于徹底清除腫瘤細(xì)胞［13］。他們用AO做光動力治療藥物，應(yīng)用于小鼠骨肉瘤模型。結(jié)果表明，聯(lián)合光動力治療和手術(shù)治療組局部腫瘤復(fù)發(fā)率降低至23%，而對照組僅手術(shù)刮除治療復(fù)發(fā)率為80%。因此，他們得出結(jié)論，在肌骨惡性腫瘤的治療中，AO聯(lián)合手術(shù)治療是徹底清除癌細(xì)胞的有效方法，并且該方法對正常細(xì)胞的損傷最小。

有研究［14］采用苯并葉綠卟啉，使用630nm激光照射骨肉瘤細(xì)胞，考察了激光照射能量、光敏化劑濃度、作用時(shí)間等因素對腫瘤細(xì)胞抑制率的影響。他們最終得出結(jié)論，苯并葉綠卟啉介導(dǎo)的光動力治療對小鼠骨肉瘤LM-8細(xì)胞具有明顯的殺傷作用；腫瘤細(xì)胞的殺傷機(jī)制是通過壞死和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。此外，手術(shù)切除結(jié)合光動力治療相對于單純腫瘤手術(shù)邊緣切除法而言，能夠有效降低小鼠移植骨肉瘤的局部復(fù)發(fā)率。該研究組也考察了光敏劑PSD-007對小鼠骨肉瘤細(xì)胞LM-8的體外及體內(nèi)光動力治療的效果［15］。研究將PSD-007與LM-8細(xì)胞共同孵育后進(jìn)行激光照射，采用四甲基偶氮唑鹽微量酶反應(yīng)比色法測定吸光度值，計(jì)算得到腫瘤細(xì)胞的抑制率。40只C3H小鼠接種LM-8細(xì)胞后，皮下瘤塊直徑可以達(dá)到7～8mm。將模型小鼠隨機(jī)分為對照組、空白組、生理鹽水加光照、注射PSD-007不光照和光動力治療組。光敏劑注射劑量分別為5mg/kg和10mg/kg PSD-007。6h后以激光照射0.1周后測量瘤體大小、質(zhì)量，計(jì)算抑瘤率并行病理學(xué)檢查。C3H小鼠30只建立腫瘤模型，腫瘤直徑達(dá)10～12mm時(shí)，分別進(jìn)行腫瘤邊緣切除無光動力治療（對照組）、邊緣切除后240J/cm2光動力治療及邊緣切除后360J/cm2光動力治療。4周后比較腫瘤的復(fù)發(fā)率。結(jié)果表明，體外只光照或只注射PSD-007對LM-8細(xì)胞均無殺傷作用。而PSD-007濃度越高、激光照射強(qiáng)度越大，LM-8細(xì)胞在540nm處的吸光度值越小。PSD-007濃度＞4mg/L，光照強(qiáng)度＞6J/cm2時(shí)，抑制率＞50%。光學(xué)顯微鏡下觀察可以看出細(xì)胞形態(tài)呈壞死或凋亡樣改變。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示光動力治療組的腫瘤體積及瘤質(zhì)量均減小，腫瘤邊緣切除高強(qiáng)度激光照射組的復(fù)發(fā)率較對照組低。因此，他們得出結(jié)論，PSD-007對LM-8細(xì)胞有明確的光動力治療效果，光敏化劑濃度和激光照射強(qiáng)度與光動力治療效果呈正相關(guān)，光動力療法可以降低腫瘤邊緣切除后的復(fù)發(fā)率。

3 問題與展望

光動力醫(yī)學(xué)在骨腫瘤的診斷和治療中的應(yīng)用多數(shù)還處于基礎(chǔ)研究階段，將其付諸于醫(yī)療實(shí)踐還有很長的路要走。近些年來，在光動力醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)研究中引進(jìn)了雙光子技術(shù)，從而使得激光的穿透能力大大增加。基于能量傳遞對光動力過程進(jìn)行改進(jìn)也從很大的程度上提高了活性氧產(chǎn)生的效率。在骨科的臨床醫(yī)學(xué)中，光動力療法均出現(xiàn)了很多有益的嘗試。光動力治療輔助手術(shù)以及放療、化療可以有效地降低骨癌的復(fù)發(fā)率。筆者認(rèn)為，未來的研究重點(diǎn)應(yīng)該是在臨床實(shí)踐中的探索和積累經(jīng)驗(yàn)。相信在不遠(yuǎn)的將來，光動力療法在骨科乃至整個(gè)醫(yī)學(xué)界會發(fā)揮更重要的作用。

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（本文編輯：趙麗潔）

R738.1

A

1007-3205（2013）09-1102-03

2013-04-15；

2013-05-28

河北省2012年科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（122777121）

吳立國（1971-），男，河北唐山人，河北省唐山市豐南區(qū)中醫(yī)院主治醫(yī)師，醫(yī)學(xué)學(xué)士，從事骨科疾病診治研究。

10.3969/j.issn.1007-3205.2013.09.045