ПОЛИМЕРЫ В ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ: КОМПЛЕКСЫ ПОРФИРИН-ПОЛИМЕР В МОДЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ ФОТООКИСЛЕНИЯ И ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В ФДТ(фотодинамической терапии) 

Соловьева А.Б,Глаголев Н.Н(Институт химической физики им. Н.Н.Семенова РАН.), 2Толстых П.И.(ГНЦ Лазерной медицины МЗ и СР РФ) , Караханов Г.И (Грозненский ожоговый центр ), 

 

Аннотация. Показано, что в присутствии амфифильных полимеров возрастает фотокаталитическая и фотодинамическая активность водорастворимых порфириновых сенсибилизаторов, используемых в фотодинамической терапии. Результаты, полученные в модельных условиях (в реакции фотоокисления триптофана), дают основание полагать, что исходно агрегированные в водной фазе порфирины образуют с вводимыми в систему амфифильными полимерами слабосвязанные комплексы, что приводит к распаду ассоциатов и повышению фотосенсибилизирующей активности порфиринов. Об этом свидетельствуют изменения в спектрах фотолюминесценции порфиринов: в присутствии амфифильных полимеров происходит батохромный сдвиг полосы флуоресценции порфиринов и рост ее интенсивности. Наибольшее увеличение активности порфиринов наблюдается в присутствии поливинилпирролидона. Величина эффекта определяется зарядовым состоянием и степенью гидрофобности порфиринов. Так, активность димегина в присутствии полимеров возрастала в 1,5-2 раза, а фотодитазина – на 70-80%. В то же время фотокаталитическая активность тетрасульфофенилпорфирина в присутствии полимеров резко падала. Аналогичные эффекты повышения активности наблюдались в присутствии полимеров в фотодинамических процессах. Показано, в частности, что использование фотодитазина, применяющегося в клинической практике в настоящее время, в комплексе с полимером в фотодинамической терапии, позволяет значительно повысить эффективность лечения ожогов и гнойных ран. Ожоги и повреждения кожи являются одними из наиболее широко распространенных видов травматических поражений. Увеличение в последние годы опасности террористических актов и возникновения стихийных бедствий повышает актуальность проблемы оперативного лечения поверхностных повреждений кожи, прежде всего, ожогов и гнойных ран. При этом проблема лечения гнойно-воспалительных заболеваний мягких тканей остается актуальной, несмотря на успехи клинической медицины и фармакологической науки, поскольку медикаментозное лечение всех фаз раневого процесса не всегда успешно. Существует множество антибактериальных и ранозаживляющих средств, однако они не способны стимулировать в достаточной степени процессы регенерации в связи с изменением структуры возбудителей гнойных осложнений в настоящее время. В связи с этим, традиционно используемые препараты не обладают необходимой антимикробной активностью и лечение с их помощью носит длительный, затяжной характер. В последние годы появился новый метод лечения гнойных ран – фотодинамическая терапия, суть которой состоит в использовании окислительной способности синглетного 1О2 кислорода, генерируемого фотосенсибилизаторами (введенными в гнойный очаг) под воздействием света с определенной длиной волны [1]. 1О2 окисляет клеточные компоненты и запускает каскад процессов, которые приводят к гибели клетки. Ранее было показано, что некоторые амфифильные полимеры (АП), в том числе, поли-4-винилпирролидон (ПВП), полиэтиленоксид (ПЭО), поливиниловый спирт (ПВС) и плюроник F127, способны увеличивать активность фотодитазина (ФДН) при фотодинамическом воздействии на опухолевые клетки и опухоли поверхностной локализации у крыс, а также при фотодинамической терапии гнойных ран [2,3]. В данной работе для выявления особенностей воздействия полимеров на активность фотодитазина и других водорастворимых порфириновых фотосенсибилизаторов (ПФС) в процессах генерации синглетного 1О2 кислорода были изучены кинетические параметры фотоокисления триптофана в присутствии системы ПФС-АП. Эту реакцию обычно используют для тестирования активности фотосенсибилизаторов генерации 1О2. Комплексы ФДН – ПВП были использованы также при фотодинамической терапии осложненных термических ожогов у больных. В качестве фотосенсибилизаторов, помимо N-метил-ди-D-глюкаминовой соли хлорина е6 (фотодитазина, ФДН) (производство ООО «Вета-Гранд», Россия) использовали динатриевую соль 2,7,12,18- тетраметил -3,8-ди(1-метоксиэтил)-13,17-ди(2-оксикарбонил этил) порфирина (димегин, ДМГ)[1], тетранатриевую соль 5,10,15,20-пара-тетрасульфофенилпорфирина[2]; (ТСФП), и {5,10,15,20-тетракис[4-(1-карба-клозо-додекарборан-1-ил) тетрафторфенил] порфирин)} в виде его цезиевой соли (ТФФП)[3] (рис.1). R а б Рис.1. Структурная формула тетрафенилтетрафторпорфирина (а), содержащего карборановый фрагмент (б) Содержащий карборановый фрагмент ТФФП интересен тем, что может использоваться как при ФДТ, так и в борнейтронзахватной терапии опухолей. Фотокаталитическое окисление триптофана проводили в присутствии ПФС и амфифильных полимеров – ПВП, ПВС, ПЭО и плюроника F127 в воде при комнатной температуре, освещая реакционную смесь светом АФС производства ООО «Полироник» (l=400нм, мощность 210 мВт) при перемешивании на магнитной мешалке. Эффективная константа скорости фотоокисления триптофана рассчитывалась по линейному участку кинетической кривой в начальные моменты времени согласно: Кэфф [л/(моль·с)]=ΔСs/(CphCsΔt), где Cph-концентрация ПФС, Cs и ΔCs –соответственно концентрация субстрата и изменение этой концентрации за время Δt. На рис.2 представлены зависимости Кэфф в присутствии водорастворимых ПФС от концентрации ПВП. Видно, что введение ПВП в реакционную систему приводит к увеличению скорости реакции фотоокисления триптофана в присутствии ТФФП, ДМГ и ФД. Известно, что для молекул порфиринов характерны процессы ассоциации, происходящие в водной и неводной фазе при увеличении концентрации ПФС, приводящие к образованию агрегатов (димеров и более крупных частиц), которые обладают меньшей каталитической активностью [4]. Этот эффект связывают с переносом энергии между макроциклами при характерном при ассоциации расположении порфириновых колец "face-to-face” (т.е. «лицом к лицу»), что приводит к безызлучательной дезактивации триплетного возбужденного состояния, в результате чего эффективность порфиринов как фотосенсибилизаторов уменьшается. Введение амфифильных полимеров в реакционную систему, очевидно, способствует разрушению таких ассоциатов и, соответственно, увеличению скорости реакции фотоокисления триптофана в присутствии ТФФП, ДМГ и ФД. ПВП оказывает наиболее сильное влияние на фотокаталитическую активность ПФС (прежде всего, ДМГ) (рис.2). Подобные, но менее значительные эффекты наблюдаются в присутствии ПЭО, ПВС и плюроника F127. Так, например, максимум фотокаталитической активности ТФФП достигается при более высоких концентрациях полимеров (5*10-5М - 1*10-4М), при этом увеличение Кэфф не столь значительно, как при добавлении ПВП. Рис.2. Зависимость эффективной константы окисления триптофана (2,5*10-4М), катализируемого (1) - ФД (1*10-6М), (2) – ТФФП(1*10-6М), (3) – ТСФП(1*10-6М), (4) – ДМГ (1*10-6М), от концентрации: ПВП. Активность ТСФП падает при добавлении всех полимеров. Такой эффект, возможно, связан с падением растворимости и образованием при этом агрегатов анионов ТСФП в присутствии амфифильных полимеров. Эти заключения подтверждаются изменениями в спектрах флуоресценции ПФС в присутствии полимеров. В частности, оказалось, что в присутствии полимеров в спектрах флуоресценции ТФФП, ДМГ и ФД происходит увеличение интенсивности флуоресценции и сдвиг λфлуоресц в красную область, что свидетельствует об изменении микроокружения молекул порфиринов Известно, что ПВП, в структуре которого содержатся гидрофобные (винильные) и гидрофильные (пирролидоновые, которые несут слабый положительный заряд) фрагменты, образует водородные связи и комплексы с рядом ароматических соединений – аминами, красителями, несущими отрицательный заряд [5]. Поскольку молекулы исследуемых порфиринов содержат гидрофобное порфиновое ядро и гидрофильные периферийные кислородсодержащие группировки, то, очевидно, взаимодействие ПФС с ПВП происходит наиболее эффективно. В то же время, было показано, что добавление полимеров не влияет на флуоресценцию триптофана, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия субстрата с этими полимерами. Таким образом, амфифильные полимеры, в частности ПВП, ПЭО, ПВС и плюроник F127, которые не обладают собственной фотохимической активностью, способны увеличивать фотокаталитическую активность водорастворимых порфириновых сенсиблизаторов. Комплексы ПВП-ФД были использованы при ФДТ осложненных ожогов в Грозненском ожоговом центре. Оказалось, что при использовании комплексов ФД-АП с 1% содержанием ФД, в области патологического очага происходит ускоренное очищение ран от раневого детрита и уменьшение микробной обсемененности, наблюдается ускорение перехода воспалительной фазы раневого процесса в репаративную и сокращение сроков заживления на 7 - 9 суток по сравнению с традиционным методом лечения.

 

 1. Миронов А.Ф. // Успехи Химии Порфиринов. СПб, НИИ Химии СпбГУ, 1997. Т.1. С. 357 2. Соловьева А.Б., Иванов А.В., Филинова Е.Ю. и др. Средство для лечения патологических изменений кожи методом фотодинамической терапии: Патент РФ №2314806 // 2007. 3. П.И. Толстых, В.А.Дербенев, И.Ю.Кулешов, А.М.Азимшоев, В.И.Елисеенко, А.Б.Соловьева, А.В.Иванов, Н.С.Мелик-Нубаров Биотерапевтический журнал, 2008, №4, т.7, с.20-24. 4. Соловьева А.Б., Лукашова Е.А., Иванова А.И. и др. // Изв. АН СССР. Сер.хим. 1989. № 6. C. 1242. POLYMERS IN PHOTODYNAMIC THERAPY. COMPLEXES OF PORPHYRIN-AMPHIPHILIC POLYMER IN THE MODEL PROCESSES AND BY CLINIKAL USE 1Solovieva A.B., 1Aksenova N.A., 2Karahanov I.Yu., , 1Glagolev N.N.,. 3Tolstykh P.I. 1-N.N.Semenov Institute of Chemical Physics. RAS 2-SRC of Laser Medicine 3 – Burn Center of Grozny It was shown, that photocatalytic and photodynamic activity of watersoluble porphyrins (particularly photoditazine, that is used in photodynamic therapy) are increased in the presence of amphiphilic polymers. Probably the initial aggregated in water phase porphyrins may complicate with polymers. It has the disaggregation effect of porphyrin assotiates and increase of catalytic activity. The photoditazin – polymer complex was used by photodynamic therapy of burns in Burn Center of Grozny.

Примечания: 

[1] Синтезирован в Институте медицинской и биологической химии РАМН д.х.н. Пономаревым Г.В..
[2] Синтезирован в Московской государственной академии тонкой химической технологии на кафедре ХТТОС под руководством профессора Миронова А.Ф.
[3] Синтезирован в ИНЭОС РАН под руководством. д.х.н. Ольшевской В.Н.