Фармацевтические и экспериментально-клинические аспекты комбинированной фотодинамической терапии злокачественных опухолей и предраков с применением химиотерапии

В последние годы наблюдается рост интереса к методам фотодинамической терапии (ФДТ) и флуоресцентной диагностики (ФД). Специалисты различных медицинских областей проявляют большой интерес к ФДТ и ФД, больницы оснащаются необходимым оборудованием, на фармацевтическом рынке появляются новые фотосенсибилизаторы (ФС), растет доверие пациентов к этим методам [1]. Эта фототераностическая технология включает использование света определенной длины волны, ФС и атомарного кислорода, в результате взаимодействия которых создаются активные формы кислорода (АФК) [2]. Существует много данных, доказывающих эффективность ФДТ, особенно по результатам экспериментальных исследований [3–13].

Способность ФС при проведении ФДТ вызывать повреждения в определенных частях клеток оказалась весьма ценной для изучения процессов клеточной гибели и определения наиболее опти- мальных мишеней для улучшения противоопухолевой терапии. Апоптоз, некроптоз, аутофагия и параптоз могут возникать в результате повреждения митохондрий, лизосом или эндоплазматического ретикулума. Важным фактором для общей эффективности терапии является баланс между этими процессами [14].

Технология ФДТ успешно используется для лечения различных предопухолевых заболеваний и злокачественных опухолей, включая актинический кератоз, лейкоплакию полости рта, базальноклеточный рак кожи, грибовидный микоз, болезнь Боуэна, рак шейки матки, рак легких, холангио-целлюлярный рак, менингиому, глиобластому и другие [15–30]. Комбинированное применение ФДТ с другими методами лечения, включая химиотерапию (ХТ), лучевую терапию (ЛТ), иммунотерапию (ИТ), может стать еще более эффективной стратегией лечения злокачественных новообразований, которые ранее не поддавались успешному лечению [31].

В обзоре проведен анализ эффективности комбинированной ФДТ с использованием ХТ (ФДТ + ХТ) для лечения опухолевых и предопухолевых заболеваний. Известно, что традиционные химиопрепараты вызывают побочные эффекты. Разработка методов повышения эффективности ХТ рака также является актуальной проблемой [32]. ФДТ + ХТ показала себя значимой стратегией улучшения противоопухолевого эффекта, что связано с цитотоксическими АФК, которые вырабатываются ФС, например, порфирином, хлорином е6 (Се6), индоцианиновым зеленым (ICG) и бенгальским розовым при световом облучении [33, 34].

Экспериментальные исследованияФДТ + ХТ на животных

Наше предыдущее исследование продемонстрировало, что ФДТ + ХТ является эффективной стратегией лечения. Мы изучили воздействие ФДТ + ХТ на саркому М-1 у беспородных крыс, используя различные дозы ФС фотолона и цисплатина, а также различные схемы лечения. Самым эффективным оказалась ФДТ + ХТ, при которой цисплатин вводился дважды – через 2 ч после введения фотолона и через 1 и 4 сут после него (с общей дозой 2,5 мг/кг). У 88,9 % животных наблюдалась полная регрессия опухоли, торможение роста опухоли составляло 99,9 %. ФДТ + ХТ с цисплатином более эффективна, чем каждая монотерапия по отдельности, поскольку приводит к синергическому эффекту и снижает токсичность цисплатина за счет уменьшения его дозы без ущерба для эффективности лечения [35].

Несмотря на то, что гипоксическая среда опухолевой ткани отрицательно влияет на эффективность ФДТ, она благоприятна для нескольких пролекарств, активируемых гипоксией. Например, тирапазамин (TPZ) проявляет высокоселективную цитотоксичность в отношении гипоксичных раковых клеток. K. Zhang et al. в исследовании на голых мышах показали, что ФДТ+ХТ, активируемая гипоксией, опосредованной TPZ, может быть перспективной для улучшения противоопухолевой терапии [36].

Фармацевтические аспекты ФДТ + ХТ

Существуют различные стратегии, основанные на нанотехнологиях, повышающие эффективность ХТ. W. Park et al. разработали высокоспецифичную к опухолям систему доставки лекарственных средств, активируемых светом (H-LTDC), состоящую из хондроитинсульфата и ФС феофорбида-а, соединенных ковалентными связями. Показано, что при лазерном облучении (670 нм) H-LTDC, обогащенный доксорубицином (DOX), может генерировать АФК, вызывающие деградацию полимерных мицелл, модифицированных коллагеназой и изменяемых по размеру, что приводит к высвобождению DOX для ХТ, а генерируемые АФК также уничтожают раковые клетки [37].

Сегодня используют наноматериалы для разработки различных медицинских нанопрепаратов, содержащих TPZ. Y. Wang et al. создали модифицированные пептидом iRGD наночастицы для одновременной доставки в опухоль ICG и TPZ. Результаты экспериментов in vitro и in vivo показали, что наночастицы могут значительно улучшить проникновение как в опухолевые 3D-сфероиды, так и в ортотопические опухоли молочной железы. При ближнем инфракрасном облучении ФДТ, опосредованная ICG, вызывала снижение потребления кислорода и усугубляла гипоксическую среду раковых клеток, что дополнительно активировало противоопухолевую активность совместно доставляемого TPZ и приводило к синергетическому эффекту уничтожения клеток [38].

C. Qian et al. разработали полимерную нановезикулу (TPZ/AI-NV), которая была собрана из модифицированного Се6 диблок-сополимера PEG-Poly(Ser-Ce6) и 2-нитроимидазола (NI) с модифицированным тиоэфиром диблок-сополимером PEG-Poly(SerS-NI). Для лучшего высвобождения TPZ в раковых клетках в основу была введена чувствительная к гипоксии структура NI. Эксперименты in vitro и in vivo показали, что эта нановезикула эффективно индуцировала апопто-тическую гибель клеток и значительно подавляла рост опухоли [39].

Однако отсутствие простого метода оптимизации соотношения терапевтических средств в нанопрепарате может ослаблять потенциал ФДТ + ХТ. Для достижения оптимальной эффективности ФДТ + ХТ Y. Ding et al. разработали нанопрепарат на основе кукурбит[7]урила и конъюгированной гиалуроновой кислоты, в котором Се6 и оксалиплатин введены нековалентно в оптимизированном соотношении посредством простого комплексообразования «хозяин-гость». В нанопрепарат также был добавлен ингибитор митохондриального дыхания атоваквон, который ограничивает потребление кислорода солидной опухолью, экономя кислород для ФДТ. Кроме того, гиалуроновая кислота на поверхности нанопрепарата позволяет осуществлять адресную доставку к раковым клеткам с избыточной экспрессией рецепторов CD44. Эта супрамолекулярная наноплатформа с оптимальным соотношением ФС и химиотерапевтического агента представляет собой новый инструмент для ФДТ + ХТ солидных опухолей и предлагает стратегию комплексообразования на основе кукурбит[7] урила, позволяющую оптимизировать соотношение терапевтических агентов для мультимодальных нанопрепаратов [40].

В процессе лечения злокачественных опухолей ФДТ нередко малоэффективна из-за гипоксической среды, в которой находятся опухолевые клетки, а длительная ХТ снижает чувствительность опухолевых клеток к химиотерапевтическим препаратам из-за наличия на клеточных мембранах белков, устойчивых к лекарственным препаратам. Y. Yang et al. представили наноплатформу на основе мезопористого диоксида кремния, покрытого полидопамином (MSN@PDA), с MnO2, ICG и DOX (обозначенным как DMPIM) для обеспечения последовательного высвобождения различных лекарственных средств с целью улучшения лечения злокачественных опухолей. MSN сначала синтезировали темплатным методом, затем DOX загружали в мезопористые каналы MSN и фиксировали покрытием PDA. Затем ICG модифицировали путем π-π укладки на PDA, и, наконец, слой MnO2 накапливался на поверхности DOX@MSN@PDA- ICG@MnO2, обеспечивая ортогональную загрузку и последовательное высвобождение различных лекарственных средств. DMPIM сначала генерирует O2 в результате реакции между MnO2 и H2O2 после попадания в опухолевые клетки, облегчая гипоксическую среду в опухолях и усиливая эффект ФДТ от последовательно высвобождаемого ICG. После этого ICG вступал в реакцию с O2 в опухолевой ткани с образованием АФК, способствуя высвобождению лекарств из лизосом и инактивации p-гликопротеина (p-gp) на мембранах опухолевых клеток. DOX, загруженный в каналы MSN, задерживался примерно на 8 часов после высвобождения ICG, усиливая эффект ХТ. Система доставки лекарств обеспечивала эффективное последовательное высвобождение и мультимодальную ФДТ+ХТ, что позволяло получить идеальный терапевтический эффект. Тем самым был предложен путь к последовательному высвобождению лекарственных средств для повышения эффективности терапии злокачественных опухолей [41].

В исследовании Y. Huang et al. ФДТ + ХТ также продемонстрировала значительный потенциал в лечении рака. Известно, что триптолид (TPL), противоопухолевое средство природного происхождения, в сочетании с Се6 обеспечивает повышенный противоопухолевый эффект. Однако наночастицы для совместной доставки TPL и Ce6 еще больше повышают эффективность ФДТ+ХТ. Авторы синтезировали сополимер mPEG-TK-PBAE с двойной чувствительностью к pH/АФК, который содержит pH-чувствительную часть PBAE и чувствительную к АФК тиокеталевую (TK) связь. Благодаря процессу самосборки TPL и Ce6 были успешно загружены в наночастицы mPEG-TK-PBAE, в дальнейшем именуемые TPL/Ce6 NPS. Было оценено высвобождение лекарственного средства, зависящее от рН и АФК и изменения размера частиц. Были изучены подавление клеточной пролиферации in vitro и индукция апоптоза в клеточной культуре линии рака печени человека HepG2, а также противоопухолевая эффективность TPL/Ce6 NPS in vitro у мышей без ксенотрансплантата H22. Сополимер mPEG-TK-PBAE был синтезирован с помощью реакции присоединения Майкла и успешно совместил TPL и Ce6 путем самосборки. При воздействии кислых значений рН и высоких уровней АФК полезные вещества быстро высвобождались из TPL/Ce6 NPS. Примечательно, что обилие АФК, образующихся при высвобождении Се6 под воздействием лазерного излучения, еще больше ускоряет деградацию наносистемы, тем самым усиливая высвобождение лекарственного средства, реагирующего на микроокружение опухоли, и повышая противоопухолевую эффективность. TPL/ Ce6 NPS значительно усиливали окислительный стресс, вызванный ФДТ, и усиливали апоптоз, вызванный TPL, в клетках HepG2, что приводило к синергическим противоопухолевым эффектам in vitro. Более того, семикратное введение наночастиц TPL/Ce6 (содержащих 0,3 мг/кг TPL и 4 мг/кг Ce6) в сочетании с лазерным облучением с длиной волны 650 нм эффективно подавляло рост опухоли H22у мышей, демонстрируя при этом более низкую системную токсичность. Таким образом, была разработана наносистема, чувствительная к микроокружению опухоли, для совместной доставки TPL и Ce6, демонстрирующая усиленные синергические эффекты ФДТ + ХТ для лечения гепатоцеллюлярной карциномы [42].

Особый интерес представляет работа F. Ning et al., в которой показано, что подавление аутофагии повышает чувствительность опухолевых клеток к ЛТ и ХТ и улучшает терапевтический эффект при лечении опухолей. Сочетание ингибирования аутофагии с ФДТ + ХТ может представлять собой новую стратегию лечения рака. Однако широко изучаемые в настоящее время ингибиторы аутофагии неизбежно вызывают различные токсические побочные эффекты из-за присущей им фармакологической активности. Чтобы преодолеть это ограничение, в данном исследовании авторы разработали идеальную многофункциональную наноплатформу UCNP-Ce6-EPI@mPPA + NIR (MUCEN). В качестве контроля были созданы группы UCNP-EPI@mPPA (MUE), UCNP-EPI@ mPPA + NIR (MUEN), Ce6-EPI@mPPA (MCE), Ce6-EPI@mPPA + NIR (MCEN) и UCNP-Ce6-EPI@ mPPA (MUCE). Средний размер частиц MUCEN составил 197 нм, что позволяет одновременно добиться двойной инкапсуляции Ce6 и эпирубицина. Тесты in vitro показали, что MUCE эффективно эндоцитозируется клетками 4T1 при облучении светом ближнего инфракрасного диапазона. Тесты in vivo продемонстрировали, что MUCE значительно подавляет рост опухоли. Результаты иммуногистохимии показали, что MUCE эффективно увеличивает экспрессию ингибиторов аутофагии p62 и LC3 в опухолевых тканях. Синергический эффект ингибирования аутофагии и ФДТ с использованием MUCE продемонстрировал превосходное подавление опухоли [43].

ФДТ + ХТ лабораторных животных с использованием нанотехнологий

ФДТ + ХТ на основе наноплатформ является многообещающей стратегией лечения рака. Цела-строл (Cela) обладает высокоэффективной антиге-патомной активностью при низкой растворимости в воде, плохой биодоступности, неопухолевом воздействии и токсических побочных эффектах. ФДТ + ХТ с использованием Cela и полимерных мицелл (PMs), воздействующих на гепатому и реагирующих на АФК, может решить проблему применения Cela и еще больше повысить противоопухолевую эффективность. X. Xu et al. получены и охарактеризованы модифицированные глицирретиновой кислотой карбоксиметилхитозан-тиокеталь-рейн (GCTR) PMs, содержащие Cela и Се6 – Cela/Ce6/ GCTR PMs. Проведена оценка безопасности, высвобождения АФК-чувствительного лекарственного средства и внутриклеточной продукции АФК. In vitro исследованы антигепатомный эффект и поглощение клетками HepG2 и BEL-7402, а также фармакокинетика, распределение в тканях и противоопухолевая эффективность Cela/Ce6/GCTR PMs у мышей с опухолью H22 in vivo . Получены полимеры Cela/Ce6/GCTR PMs с нанометровым размером частиц, хорошей способностью загружать лекарственные средства и эффективностью инкапсуляции. Нацеленные на гепатому и чувствительные к АФК GCTR PM_S, содержащие Cela и Ce6 при ФДТ+ХТ, продемонстрировали улучшенный терапевтический эффект при первичной карциноме печени с меньшей токсичностью, преодолев ограничения монотерапии [44].

В исследовании Z. Su et al. в качестве биомаркера рассматривался аденозинтрифосфат (АТФ), активность которого в опухолевых клетках сильно повышается, и были разработаны оригинальные АТФ-активируемые наночастицы (CDNPs), которые непосредственно самоорганизуются из ФС ближнего инфракрасного диапазона (Cy‐I) и амфифильного Cd(II) – комплекса (DPA‐Cd). После избирательного проникновения в опухолевые клетки положительно заряженные CDNPs покидают лизосомы и распадаются в цитоплазме под действием высокой концентрации АТФ. Высвобожденный Cy-I способен вырабатывать синглентный кислород (1O2) для ФДТ с облучением 808 нм, а DPA‐Cd может одновременно использоваться для ХТ. ФДТ + ХТ приводит к уничтожению опухоли 4T1 у мышей BALB после внутривенной инъекции CDNPs. Эта наночастица без носителя предлагает новую платформу для ФДТ + ХТ [45].

Нанотехнологии являются эффективным инструментом для улучшения фотохимиотерапии рака, но впереди еще долгий путь, и необходимо решить еще больше ключевых проблем, прежде чем можно будет добиться широкого клинического применения. Для успешного клинического внедрения, основанного на наномедицине, фотохимиотерапии рака требуется более тесное междисциплинарное и многопрофильное сотрудничество [46].

Клинические исследования ФДТ + ХТ

В исследовании S.R. Wiegell et al. проведено сравнение двух методов лечения актинического кератоза (AK): ФДТ с использованием дневного света (dPDT) в монорежиме и dPDT в сочетании с местным применением 4 % крема 5-фторурацила (5-FU). В исследовании участвовало 60 пациентов с АК различной степени тяжести: AK I степени диагностирован в 1 278 очагах, II степени – в 246 очагах, III степени – в 23 очагах. Частота полной регрессии очагов поражения в сроки наблюдения 12 нед после ФДТ + ХТ (5-FU + dPDT) составила 87 %, а после монотерапии dPDT – 74 % (p<0,0001). У пациентов с AK II степени показатель полного регресса опухолей увеличился с 55 % при монотерапии dPDT до 79 % после 5-FU + dPDT (p<0,0056). При этом 75 % пациентов были абсолютно удовлетворены результатами лечения. Хотя местные кожные реакции были более выражены после 5-FU + dPDT, ни один из пациентов не прекратил лечение. Исследование показало, что 5-FU + dPDT эффективнее, чем монотерапия dPDT [47].

L.R. Carobeli et al. представили систематический обзор, целью которого стало изучение достижений в области ФДТ + ХТ на различных исследовательских моделях и при клинических испытаниях по лечению рака шейки матки. Авторы использовали базы данных PubMed, WoS, Embase, Scopus, LILACS и Cochrane и отобрали 23 оригинальные статьи, опубликованные с 2013 по 2023 г., посвященные клеткам HeLa, полученным из эн-доцервикальной аденокарциномы, и комбинациям нескольких химиотерапевтических препаратов. ФДТ + ХТ для лечения рака шейки матки показала многообещающие результаты в доклинических моделях in vitro и in vivo . Авторы отметили, что в последние годы все большее внимание уделяется комбинациям, включающим доксорубицин или цисплатин в качестве цитостатиков и производные порфирина или фталоцианина – в качестве ФС. Кроме того, авторы подчеркнули, что результаты были напрямую связаны с порядком применения препаратов (ХТ или ФДТ) и типом системы доставки лекарств, используемой для индивидуального или одновременного введения обоих препаратов в рамках ФДТ + ХТ [48].

Хотя ХТ является стандартной терапией I линии при неоперабельной внепеченочной холангиокар-циноме (нВХК), результаты ее лечения являются неудовлетворительными. В последние годы внимание специалистов привлек метод местной абляционной терапии при нВХК, при котором лечение в очаге поражения проводится чрескожным или эндоскопическим доступом. ФДТ может обеспечить локальный контроль, также можно ожидать синергического эффекта ФДТ + ХТ [49]. Y. Yu et al.

был проведен систематический обзор для оценки безопасности и эффективности ФДТ + ХТ у пациентов с нВХК. Поиск проводился в базах данных PubMed, Cochrane Library, Embase и WoS за все время до июля 2022 г., включены исследования, в которых сравнивались ФДТ + ХТ и самостоятельные ФДТ и ХТ при нВХК. Метаанализ показал, что ФДТ + ХТ оказывали лучшее действие, чем ХТ или ФДТ: ФДТ + ХТ по сравнению с самостоятельной ХТ – ОР: 0,69, р=0,02; ФДТ в сочетании с ХТ по сравнению с самостоятельной ФДТ – ОР: 0,36, p<0,01. Частота холангита, абсцессов и реакций фоточувствительности при ФДТ + ХТ была сопоставима с ХТ и с ФДТ в монорежимах (p>0,05). Был сделан вывод, что ФДТ + ХТ улучшает выживаемость пациентов с нВХК без увеличения числа побочных эффектов. Потенциально ФДТ + ХТ может стать стандартной терапией при лечении ВХК [50].

Заключение

В обзоре обобщены результаты ФДТ + ХТ за последние годы. Такая комбинированная терапия позволяет добиться лучшего эффекта. С помощью ФДТ + ХТ можно снизить дозу цитостатиков, пре- одолеть множественную лекарственную устойчивость опухолевых клеток, увеличить выживаемость и улучшить качество жизни. Несмотря на лучший противоопухолевый эффект, наблюдаемый при ФДТ + ХТ, у этой стратегии лечения имеются некоторые ограничения. Первая и самая серьезная проблема в том, что экспериментальные и клинические исследования по ФДТ + ХТ немногочисленны. Необходимы дополнительные исследования на животных и клинические испытания для большого объема достоверной информации. Во-вторых, требуются дополнительные исследования для изучения механизмов повышения эффективности ФДТ + ХТ. В-третьих, проблема недостаточно глубокого применения ФДТ не решена, что существенно ограничивает область применения ФДТ + ХТ. Необходимо провести дополнительные исследования для определения наиболее эффективных ФС и технологий использования источников неионизирующего излучения. В обзоре показаны новые стратегии, использующие нанофармацевтику для усиления эффекта ФДТ + ХТ, показывающие обнадеживающие экспериментальные и клинические результаты и демонстрирующие ее высокую эффективность, что заслуживает дальнейшего изучения.