Характерные особенности изучаемых в работе ФС.

Опираясь на данные исследований и практического использования ФДТ, можно в общих чертах сформулировать требования к «идеальному» ФС. Он должен:

- иметь доступный способ получения и обладать постоянным химическим составом;

- быть устойчивым при хранении и введении в организм;

- обладать низкой токсичностью;

- иметь высокую селективность накопления в патологических тканях и сравнительно быстро выводиться из организма;

- слабо накапливаться в коже;

- иметь высокий квантовый выход триплетного состояния;

- иметь возможно более интенсивный максимум в спектре поглощения в области 800-900 нм (область наибольшей прозрачности мягких тканей).

В работе изучаются два вида ФС. Отечественный препарат ФОТОГЕМ, разрешенный к клиническому применению, является производной гематопорфирина (ПГП). Одна из форм гематопорфирина - так называемый гематопорфирин-IC (ГП-IC) – является продуктом распада гемоглобина после завершения кислородного обмена в капиллярах организма. Структурная формула ГП-IC показана на рис. 3. Еще один изучаемый отечественный препарат ФОТОСЕНС по структуре близок к металлокомплексу фталоцианина с участием алюминия (AlФцS₄), структурная формула которого показана на рис.4. Как можно заметить, основой химической структуры обоих ФС является порфириновый цикл, состоящий из четырёх пиррольных колец. Молекулы имеют плоское строение, что связано с сильным p-электронным взаимодействием по макрокольцу. Система сопряжённых двойных связей в молекуле AlФцS₄ длиннее, чем в молекуле ГП - IC, т.е. у AlФцS₄ сильнее делокализованы по молекуле p-электроны. Поэтому у AlФцS₄ при большей длине волны

Рис.3. Структурная формула молекулы гематопорфирина IX (ГП)

Рис.4. Структурная формула AlФцS₄.

рис. 5. Характерные спектры поглощения препаратов ФОТОГЕМ (2) и ФОТОСЕНС (3); характерная глубина проникновения электромагнитного излучения (усреднённая) в мягкие биоткани (1) и характерная спектральная плотность излучения светодиода на GaAlAs (4). Масштаб измерения: для глубины проникновения [10^-1 мм], для остальных кривых – относительные единицы в %.

располагается самый длинноволновый максимум поглощения (рис.5).

Плоское строение позволяет молекулам ГП - IC при высоких концентрациях образовывать агрегаты в виде «столбиков монет». Эта агрегация приводит к смещению максимумов в спектре поглощения, к тушению флуоресценции ГП - IC и не позволяет использовать его для диагностики, а также снижает его эффективность при фотодинамическом воздействии (ФДВ). Это говорит о важности применения правильной концентрации ГП - IC для ФДТ. С другой стороны, преимущественное накопление ГП - IC в опухолях неизбежно приведёт к агрегации ФС. Таким образом, с этой точки зрения ГП - IC не является «идеальным» ФС для ФДТ.

Агрегировать в виде «столбика монет» AlФцS₄ мешает атом Al, который выходит из плоскости макроцикла, поэтому агрегаты AlФцS₄ образуются соединением молекул в одной плоскости. Агрегация AlФцS₄ также приводит к тушению его флуоресценции, однако, при большей концентрации, чем у ГП - IC.

По своим растворимым свойствам ГП - IC гидрофобен, т.е. практически нерастворим в воде и обладает большим сродством к липидам. Поэтому ГП - IC при накоплении локализуется в мембранах клетки и внутриклеточных органелл.

AlФцS₄ гидрофилен, т.е. при накоплении в клетке он должен локализоваться в водной фазе: цитоплазме, лизосомах и других органеллах. Однако, процесс накопления этого ФС в клетках идёт значительно медленнее, чем для ГП - 1C, т.к. мембрана клетки и внутриклеточных органелл является существенной преградой липофобного AlФцS₄. Кроме того, молекула этого ФС, также как и ГП - IC, является достаточно большой и не может проникнуть в клетку путём простой диффузии.

Поскольку ПГП - IC накапливается в мембранах и трудно переходит в водную фазу, он очень медленно выводится из организма. Гидрофильные же свойства AlФцS₄ позволяют ему быстро выводится из организма, что является его очередным преимуществом перед ПГП - IC.