Czy można zastosować ultradźwięki do niszczenia tkanki nowotworowej?

Transkrypt

1 Czy można zastosować ultradźwięki do niszczenia tkanki nowotworowej? Bezpośrednie działanie mało efektywne, efekty uboczne ( T), problemy z selektywnością In vitro działanie na wyizolowane DNA degradacja In vivo lepkość, struktury biologiczne osłabienie kawitacji Bardzo efektywne zmiatanie rodników OH Konieczne poszukiwanie innych dróg Lokalne uwalnianie leków inicjowane działaniem ultradźwięków Sonodynamiczna terapia antynowotworowa 1

2 Czy w ogóle ultradźwięki mogą niszczyćżywe komórki? Prosty model bakterie 2

3 Wzorzec postępowania fotodynamiczna terapia antynowotworowa Wprowadzamy do organizmu pacjenta lub bezpośrednio do chorej tkanki fotouczulacz (barwnik) Najlepiej jeśli fotouczulacz wykazuje tendencję do gromadzenia się w tkance nowotworowej Kierujemy na miejsce terapii wiązkę światła (laser, dioda), najlepiej czerwonego (najmniejsze rozpraszanie, największa głębokość wnikania w tkankę) Jeśli pasmo absorpcyjne fotouczulacza jest zbieżne z długością fali światła, następuje wzbudzenie cząsteczki barwnika 3 Cząsteczka barwnika wracając do stanu podstawowego oddaje energię cząsteczce tlenu, powstaje tlen singletowy (bardzo reaktywna forma tlenu), który atakuje komponenty komórek, co prowadzi do ich zniszczenia

4 4 Wzorzec postępowania PDT

5 5 Wzorzec postępowania PDT

6 Sonodynamiczna terapia antynowotworowa (SDT) Sonouczulacz (początkowo stosowano barwniki) Wiązka ultradźwięków Działa! Skojarzony efekt ultradźwięków i barwnika silniejszy niż suma efektów osobnego działania tych czynników Dlaczego działa? Zaleta w stosunku do PDT: znacznie większa głębokość wnikania ultradźwięków w tkanki Głównie testy in vitro i na zwierzętach, ale już stosowana klinicznie (patenty, co najmniej 1 specjalistyczna firma: SonneMed, LLC) 6

7 7 Sonodynamiczna terapia antynowotworowa (SDT)

8 8 Sonodynamiczna terapia antynowotworowa (SDT)

9 9 Sonodynamiczna terapia antynowotworowa (SDT)

10 Mechanizm hipotezy sonoluminescencja Kawitacja Wzbudzenie barwnika Emisja 1 O 2 Efekty biologiczne Hipoteza (1) 10 Wiele fotouczulaczy okazuje się być jednocześnie sonouczulaczami W niektórych publikacjach dowodzi się istnienia tlenu singletowego w SDT Istnieją takie złożone cząsteczki organiczne, które nie są fotouczulaczami, a są sonouczulaczami Sonouczulaczami mogą być także proste związki organiczne Sonoluminescencja zwykle bardzo niskie natężenie Istnieją poważne publikacje przeczące tworzeniu tlenu singletowego w SDT

11 11 Mechanizm hipotezy

12 12 Mechanizm hipotezy

13 Mechanizm hipotezy Lek (utl.) O 2 Kawitacja Lek (zred.) Lek (utl.) OH H Fe 2+ O 2 - H 2 O 2 Efekty biologiczne Hipoteza (2) 13 Jony żelaza istotnie występują w istotnych ilościach w organizmie Nadtlenek wodoru jest rozkładany przez peroksydazy Atomów wodoru powstaje niewiele Atomy wodoru reagują szybko z tlenem

14 Mechanizm hipotezy piroliza O 2 Kawitacja Rodniki ROO, HOO Efekty biologiczne Barwnik (długi czas życia, możliwość dyfuzji OH, H na dalsze odległości) Barwnik Hipoteza (3) 14

15 Oznaczanie wydajności generowanego 1 O 2 i OH TEMP TEMPO 2,2,6,6 tetrametylopiperydyna 2,2,6,6 tetrametylopiperydyna-1-oxyl 1 O 2 OH 15

16 Oznaczanie wydajności generowanego 1 O 2 i OH 50 mm TEMP, 20mM różu bengalskiego lub 50 mm hematoporfiryny, czas sonikowania 20 minut, f = 1075 khz, 50W, 20 C. Średnia Odch. std. TEMPO 0,1104 0,0039 TEMPO+RB 0,1782 0,0763 TEMPO+HP 0,2511 0,0862 TEMPO+t-Bu 0,0336 0,0009 Róż bengalski 16 Hematoporfiryna

17 Zmiany stężenia sonouczulacza Teoretycznie mechanizm z 1 O 2 nie powinien wpływać na stężenie sonouczulacza, podczas gdy reakcja z OH jest nieodwracalna 1,0 0,8 RB RB+US 360 khz RB+t-Bu RB+t-Bu+US 360kHz RB+Mann Rb+m ann+us 360kHz 0,6 A 0,4 0,2 17 0, (n m )

18 Zmiany stężenia sonouczulacza Teoretycznie mechanizm z 1 O 2 nie powinien wpływać na stężenie sonouczulacza, podczas gdy reakcja z OH jest nieodwracalna 0,9 HP 0,8 0,7 HP +m ann H P + t-b u HP+t-Bu+US 360 khz HP+m ann+us 360 khz HP + US 360 khz 0,6 0,5 A 0,4 0,3 0,2 0,1 18 0, (n m )

19 Wpływ mannitolu Główny argument Umemury niekoniecznie prawdziwy 19

20 Wpływ mannitolu Główny argument Umemury niekoniecznie prawdziwy RB 348,2G y 1,0 1,0 M annitol 10 m M 348,92Gy 0,9 0,9 0,8 RB RB 350 G y 0,8 0,7 0,6 0,7 0,6 MnnO M ann 350 G y A 0,5 A 0,5 0,4 0,3 Radioliza 0,4 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0, (n m ) 1,0 0,8 RB RB+US 360 khz RB+t-Bu RB+t-Bu+US 360kHz RB+Mann Rb+m ann+us 360kHz 0, (n m ) 0,6 A 0,4 Sonoliza 0,2 20 0, (nm )

21 sonoluminescencja Kawitacja Wzbudzenie barwnika Emisja 1 O 2 Efekty biologiczne Hipoteza (1) Lek (utl.) O 2 Kawitacja Lek (zred.) Lek (utl.) OH H - O 2 H 2 O Remis ze wskazaniem na hipotezę 3. 2 Fe 2+ Konieczne dalsze, systematyczne badania. Efekty biologiczne Hipoteza (2) 21 O 2 piroliza Kawitacja Rodniki ROO, HOO Efekty biologiczne Barwnik (długi czas życia, możliwość dyfuzji OH, H na dalsze odległości) Barwnik Hipoteza (3)

22 Tlen singletowy Tlen singletowy forma tlenu cząsteczkowego (O 2 ) na najniższym stanie wzbudzonym. Tlen cząsteczkowy może występować w dwóch formach: singletowej i trypletowej. Forma singletowa, czyli forma bez niesparowanych elektronów, nie jest w przypadku tlenu O 2 formą podstawową, lecz wzbudzoną, o wyższej energii, zaś stanem podstawowym jest forma trypletowa dwurodnik). Jest to układ odwrotny niż dla większości cząsteczek chemicznych. 22