RU2724480C2 - Method of combined radiotherapy and photodynamic therapy - Google Patents

Method of combined radiotherapy and photodynamic therapy Download PDF

Info

Publication number
RU2724480C2
RU2724480C2 RU2019122706A RU2019122706A RU2724480C2 RU 2724480 C2 RU2724480 C2 RU 2724480C2 RU 2019122706 A RU2019122706 A RU 2019122706A RU 2019122706 A RU2019122706 A RU 2019122706A RU 2724480 C2 RU2724480 C2 RU 2724480C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
therapy
photosensitizer
radiation
photodynamic
dose
Prior art date
Application number
RU2019122706A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019122706A (en
RU2019122706A3 (en
Inventor
Сергей Викторович Гамаюнов
Ксения Сергеевна Корчагина
Вадим Васильевич Южаков
Сергей Николаевич Корякин
Михаил Александрович Каплан
Вячеслав Олегович Сабуров
Петр Викторович Шегай
Сергей Анатольевич Иванов
Андрей Дмитриевич Каприн
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации" (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации" (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации" (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России)
Priority to RU2019122706A priority Critical patent/RU2724480C2/en
Publication of RU2019122706A publication Critical patent/RU2019122706A/en
Publication of RU2019122706A3 publication Critical patent/RU2019122706A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2724480C2 publication Critical patent/RU2724480C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K36/00Medicinal preparations of undetermined constitution containing material from algae, lichens, fungi or plants, or derivatives thereof, e.g. traditional herbal medicines
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P35/00Antineoplastic agents

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to oncology, and can be used for photodynamic therapy. Single intravenous introduction of a photosensitizer Chlorine E6 in dose of 10 mg/kg of body weight is performed. Spectrometry is performed 3 hours after the preparation administration. Method includes a session of remote therapy by electrons in single basic dose of 32 Gy at dose rate 3.3 Gy/min, energy 10 MeV. That is followed by repeated spectrometry, after which the fluorescence values are compared before and after the exposure, and the photo burnout photosensitizer is evaluated to confirm the photodynamic component of the therapy arising from activation of the photosensitizer induced by Cerenkov radiation.
EFFECT: method provides higher anticancer action, reduced total time of therapeutic procedure, increased depth of penetration, without increasing damage of surrounding healthy tissues due to use of induced radiation occurring directly in tumour when exposed to electron beam with specified parameters.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к экспериментальным исследованиям в онкологии и может быть использовано для увеличения эффективности лучевой терапии злокачественных новообразований.The invention relates to medicine, namely to experimental research in oncology and can be used to increase the effectiveness of radiation therapy of malignant neoplasms.

Лучевая терапия наряду с хирургическим лечением и химиотерапией играет большую роль в лечении злокачественных новообразований. (Helen H.W. Chen, Macus Tien Kuo. Improving radiotherapy in cancer treatment: Promises and challenges. Oncotarget. 2017; Sep 5; 8(37): 62742-62758. doi: 10.18632/oncotarget. 18409). Несмотря на открытие и внедрение в практику видов излучения с высокой линейной передачей энергии (протонное, ионное излучение), значительные затраты на строительство и эксплуатацию ускорительных установок ограничивают доступ к широкому их применению. Фотонное и электронное излучение остаются одними из наиболее часто применяемых источников излучения в современной лучевой терапии (Каприн А.Д., Мардынский Ю.С., Смирнов В.П., Иванов С.А., Костин А.А., Полихов С.А., Решетов И.В., Фатьянова А.С., Денисенко М.В., Эпатова Т.В., Коренев СВ., Терещенко А.В., Филоненко Е.В., Гафаров М.М., Романко Ю.С. К истории развития лучевой терапии (часть I). Biomedical Photonics. 2019;8(1):52-62. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2019-8-1-52-62 Kaprin A.D., Mardinskiy Y.S., Smirnov V.P., Ivanov S.A., Kostin A.A., Polikhov S.A., Reshetov I.V., Fatianova A.S., Denisenko M.V., Epatova T.V., Korenev S.V., Tereshchenko A.V., Filonenko E.V., Gafarov M.M., Romanko Y.S. The history of radiation therapy (part I). Biomedical Photonics. 2019; 8(1):52-62. (In Russ.) https://doi.org/10.24931/2413-9432-2019-8-1-52-62).Radiation therapy along with surgical treatment and chemotherapy plays an important role in the treatment of malignant neoplasms. (Helen H.W. Chen, Macus Tien Kuo. Improving radiotherapy in cancer treatment: Promises and challenges. Oncotarget. 2017; Sep 5; 8 (37): 62742-62758. Doi: 10.18632 / oncotarget. 18409). Despite the discovery and introduction into practice of types of radiation with high linear energy transfer (proton, ion radiation), significant costs for the construction and operation of accelerator plants limit access to their widespread use. Photon and electron radiation remain one of the most frequently used radiation sources in modern radiation therapy (Kaprin A.D., Mardinsky Yu.S., Smirnov V.P., Ivanov S.A., Kostin A.A., Polikhov S. A., Reshetov I.V., Fatyanova A.S., Denisenko M.V., Epatova T.V., Korenev SV., Tereshchenko A.V., Filonenko E.V., Gafarov M.M., Romanko Yu.S. On the history of the development of radiation therapy (Part I). Biomedical Photonics. 2019; 8 (1): 52-62. Https://doi.org/10.24931/2413-9432-2019-8-1-52- 62 Kaprin AD, Mardinskiy YS, Smirnov VP, Ivanov SA, Kostin AA, Polikhov SA, Reshetov IV, Fatianova AS, Denisenko MV, Epatova TV, Korenev SV, Tereshchenko AV, Filonenko EV, Gafarov MM, Romanko YS The history of radiation therapy (part I). Biomedical Photonics. 2019; 8 (1): 52-62. (In Russ. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2019-8-1-52-62).

Основными механизмами противоопухолевого действия для всех видов лучевой терапии являются прямые цитотоксические эффекты за счет повреждения генетического аппарата клетки, а именно индукции двунитевых разрывов ДНК. Не следует забывать, что подобные изменения возникают и в окружающих нормальных тканях, попавших в зону воздействия. (Maria Rita Fabbrizi, Kacie E. Warshowsky, Cheri L. Zobel, Dennis E. Hallahan, Girdhar G. Molecular and epigenetic regulatory mechanisms of normal stem cell radiosensitivity. SharmaCell Death Discov. 2018; 4: 117.doi: 10.1038/s41420-018-0132-8)The main mechanisms of antitumor action for all types of radiation therapy are direct cytotoxic effects due to damage to the genetic apparatus of the cell, namely the induction of double-stranded DNA breaks. It should not be forgotten that similar changes also occur in surrounding normal tissues that have fallen into the zone of influence. (Maria Rita Fabbrizi, Kacie E. Warshowsky, Cheri L. Zobel, Dennis E. Hallahan, Girdhar G. Molecular and epigenetic regulatory mechanisms of normal stem cell radiosensitivity. SharmaCell Death Discov. 2018; 4: 117.doi: 10.1038 / s41420- 018-0132-8)

Существуют прямая взаимосвязь между эффективностью лучевой терапии и степенью оксигенации ткани. В то же время гипоксия, возникающая из-за неравномерного распределения новообразованных сосудов, а также часто их функциональная незрелость, является общей чертой солидных опухолей. Этот факт определяет одну из наиболее важных причин неудачи лучевой терапии первичной опухоли и обуславливает возникновение радиорезистентных рецидивов (Kuwahara Y, Tomita K, Urushihara Y, Sato T, Kurimasa A, Fukumoto M. Association between radiation-induced cell death and clinically relevant radioresistance. Histochem Cell Biol. 2018 Dec; 150(6):649-659. doi: 10.1007/s00418-018-1728-z.)There is a direct correlation between the effectiveness of radiation therapy and the degree of tissue oxygenation. At the same time, hypoxia due to the uneven distribution of newly formed vessels, as well as their functional immaturity, is a common feature of solid tumors. This fact determines one of the most important reasons for the failure of radiation therapy of the primary tumor and causes the occurrence of radioresistant relapses (Kuwahara Y, Tomita K, Urushihara Y, Sato T, Kurimasa A, Fukumoto M. Association between radiation-induced cell death and clinically relevant radioresistance. Histochem Cell Biol. 2018 Dec; 150 (6): 649-659. Doi: 10.1007 / s00418-018-1728-z.)

Принимая во внимание тот факт, что рецидивные опухоли менее восприимчивы к лечению, было разработано множество стратегий для преодоления индуцированной гипоксией радиорезистентности. Наиболее распространенными из них являются добавление радиосенсибилизаторов, насыщение опухоли гипербарическим кислородом, использование селективных для гипоксии цитотоксинов (Hui Wang, Heng Jiang, Melissa Van De Gucht, Mark De Ridder. Hypoxic Radioresistance: Can ROS Be the Key to Overcome It? Cancers (Basel). 2019 Jan; 11(1): 112. doi: 10.3390/cancersl 1010112) (Higgins GS, O'Cathail SM, Muschel RJ, McKenna WG. Drug radiotherapy combinations: review of previous failures and reasons for future optimism. Cancer Treat Rev. 2015 Feb; 41(2):105-13. doi: 10.1016/j.ctrv.2014.12.012).Given the fact that recurrent tumors are less susceptible to treatment, many strategies have been developed to overcome hypoxia-induced radioresistance. The most common of them are the addition of radiosensitizers, saturation of the tumor with hyperbaric oxygen, the use of cytotoxins selective for hypoxia (Hui Wang, Heng Jiang, Melissa Van De Gucht, Mark De Ridder. Hypoxic Radioresistance: Can ROS Be the Key to Overcome It? Cancers (Basel) . 2019 Jan; 11 (1): 112. doi: 10.3390 / cancersl 1010112) (Higgins GS, O'Cathail SM, Muschel RJ, McKenna WG. Drug radiotherapy combinations: review of previous failures and reasons for future optimism. Cancer Treat Rev . 2015 Feb; 41 (2): 105-13. Doi: 10.1016 / j.ctrv.2014.12.01.01).

В последние годы гипоксия также была определена как основной фактор подавления иммунитета в микроокружении опухоли. В связи с чем особый интерес представляет сочетание лучевой терапии и иммунотаргетных агентов. (Eckert F, Zwirner К, Boeke S, Thorwarth D, Zips D, Huber SM. Rationale for Combining Radiotherapy and Immune Checkpoint Inhibition for Patients With Hypoxic Tumors. Front Immunol. 2019 Mar 12; 10:407. doi: 10.3389/fimmu.2019.00407).In recent years, hypoxia has also been identified as the main factor in suppressing immunity in the tumor microenvironment. In this connection, the combination of radiation therapy and immuno-targeted agents is of particular interest. (Eckert F, Zwirner K, Boeke S, Thorwarth D, Zips D, Huber SM. Rationale for Combining Radiotherapy and Immune Checkpoint Inhibition for Patients With Hypoxic Tumors. Front Immunol. 2019 Mar 12; 10: 407. Doi: 10.3389 / fimmu. 2019.00407).

Тем не менее, адекватное клиническое применение вышеописанных методов ограничено их недостаточной эффективностью, побочными эффектами, а зачастую и высокой стоимостью.However, adequate clinical application of the above methods is limited by their lack of effectiveness, side effects, and often high cost.

Фотодинамическая терапия - не инвазивный, эффективный метод лечения, зарекомендовавший себя в различных направлениях медицины, и в том числе в лечении злокачественных новообразований (Benov L. Photodynamic Therapy: Current Status and Future Directions. Med Princ Pract. 2015; 24(suppl 1):14-28.doi.org/10.1159/000362416).Photodynamic therapy is a non-invasive, effective treatment method that has proven itself in various areas of medicine, including the treatment of malignant neoplasms (Benov L. Photodynamic Therapy: Current Status and Future Directions. Med Princ Pract. 2015; 24 (suppl 1): 14-28.doi.org/10.1159/000362416).

Эффект достигается за счет одновременного присутствия трех компонентов: фотосенсибилизатора, молекулярного кислорода и лазерного света определенной длины волны, ни один из которых не является токсичным или сам по себе не повреждает клетки или ткани. Одним из значимых преимуществ метода считается его высокая селективность за счет таргетного накопления фотосенсибилизатора в клетках-мишенях. Это позволяет при облучении только нужной области избежать генерализованной токсичности. При поглощении энергии лазерного света препаратом запускается целый каскад событий, приводящий в конечном итоге к образованию свободных радикалов, которые убивают клетки-мишени, повреждают сосудистую сеть, связанную с опухолью, и активируют иммунный ответ (

Figure 00000001
Ferreira dos Santos, Daria Raquel Queiroz de Almeida, Leticia Ferreira Terra,
Figure 00000002
Baptista, Leticia Labriola. Photodynamic therapy in cancer treatment - an update review. J Cancer Metastasis Treat. 2019;5:25.10.20517/2394-4722.2018.83). Благодаря способности фотосенсибилизатора поглощать и испускать свет на определенных длинах волн возможен мониторинг фотодинамической терапии методом спектрометрии, условно позволяющей оценить разницу концентраций фотосенсибилизатора в опухоли до и после сеанса терапии и косвенно оценить эффективность проведенного лечения (Atif, М., Zellweger, М., Wagnieres, G.. Review of the role played by the photosensitizer's photobleaching during photodynamic therapy. Journal Of Optoelectronics And Advanced Materials. 2016; 18, 3-4,338-350).The effect is achieved due to the simultaneous presence of three components: a photosensitizer, molecular oxygen and laser light of a certain wavelength, none of which is toxic or by itself damages cells or tissues. One of the significant advantages of the method is its high selectivity due to the targeted accumulation of the photosensitizer in target cells. This allows the exposure to only the desired area to avoid generalized toxicity. When the laser light is absorbed by the drug, a whole cascade of events is triggered, leading ultimately to the formation of free radicals that kill target cells, damage the vasculature associated with the tumor, and activate the immune response (
Figure 00000001
Ferreira dos Santos, Daria Raquel Queiroz de Almeida, Leticia Ferreira Terra,
Figure 00000002
Baptista, Leticia Labriola. Photodynamic therapy in cancer treatment - an update review. J Cancer Metastasis Treat. 2019; 5: 25.10.20517 / 2394-4722.2018.83). Due to the ability of the photosensitizer to absorb and emit light at specific wavelengths, it is possible to monitor photodynamic therapy by spectrometry, which conditionally allows you to evaluate the difference in the concentration of photosensitizer in the tumor before and after the treatment session and indirectly evaluate the effectiveness of the treatment (Atif, M., Zellweger, M., Wagnieres, G .. Review of the role played by the photosensitizer's photobleaching during photodynamic therapy. Journal Of Optoelectronics And Advanced Materials. 2016; 18, 3-4, 3338-350).

Значение параметров флюоресценции и их влияние на эффективность фотодинамической терапии подтверждено в клинических работах (Fluorescence imaging for photodynamic therapy of non-melanoma skin malignancies-a retrospective clinical study Gamayunov S., Turchin I., Fiks I., Kleshnin M., Shakhova N., Korchagina K. Photonics and Lasers in Medicine. 2016. T. 5. №2. C. 101-111).The value of the fluorescence parameters and their influence on the effectiveness of photodynamic therapy is confirmed in clinical works (Fluorescence imaging for photodynamic therapy of non-melanoma skin malignancies-a retrospective clinical study Gamayunov S., Turchin I., Fiks I., Kleshnin M., Shakhova N. , Korchagina K. Photonics and Lasers in Medicine. 2016. T. 5. No. 2. C. 101-111).

Вклад тех или иных механизмов в противоопухолевый эффект зависит от химической структуры используемого фотосенсибилизатора и связанного с этим биораспределения препарата. Наиболее часто применяемые в клинической практике производные Хлорина Е6 - гидрофильны, что позволяет им аккумулироваться в сосудистом русле опухоли, вызывая повреждение базальной мембраны и эндотелия, высвобождение вазоактивных молекул, адгезию лейкоцитов, увеличение проницаемости сосудов и сужение их просвета. Это приводит к разрушению опухоли вследствие сосудистого коллапса, тромобоза и кровоизлияний в ткани (Krammer В. Vascular effects of photodynamic therapy. Anticancer Res. 2001 Nov-Dec;21(6B):4271-7).The contribution of certain mechanisms to the antitumor effect depends on the chemical structure of the photosensitizer used and the related bio-distribution of the drug. Chlorin E6 derivatives most commonly used in clinical practice are hydrophilic, which allows them to accumulate in the vascular bed of the tumor, causing damage to the basement membrane and endothelium, release of vasoactive molecules, adhesion of leukocytes, increased vascular permeability and narrowing of their lumen. This leads to the destruction of the tumor due to vascular collapse, thrombosis and hemorrhage in the tissue (Krammer B. Vascular effects of photodynamic therapy. Anticancer Res. 2001 Nov-Dec; 21 (6B): 4271-7).

Несмотря на довольно успешное применение метода одним из основных недостатков фотодинамической терапии является ограниченная глубина проникновения лазерного света, что делает данный метод возможным для лечения только поверхностно расположенных образований (Zheng Huang, Heping Xu, Arlen D. Meyers, Ali I. Musani, Luowei Wang, Randall Tagg, Al B. Barqawi, Yang K. Chen. Photodynamic therapy for treatment of solid tumors - potential and technical challenges. Technol Cancer Res Treat. 2008 Aug; 7(4): 309-320.doi: 10.1177/153303460800700405).Despite the rather successful application of the method, one of the main disadvantages of photodynamic therapy is the limited depth of laser light penetration, which makes this method possible for treating only superficially located formations (Zheng Huang, Heping Xu, Arlen D. Meyers, Ali I. Musani, Luowei Wang, Randall Tagg, Al B. Barqawi, Yang K. Chen. Photodynamic therapy for treatment of solid tumors - potential and technical challenges. Technol Cancer Res Treat. 2008 Aug; 7 (4): 309-320.doi: 10.1177 / 153303460800700405).

Теоретическим обоснованием для предложенного варианта комбинированного способа лучевой и фотодинамической терапии служит ряд статей.A theoretical justification for the proposed version of the combined method of radiation and photodynamic therapy is a series of articles.

Известен факт, что при прохождении заряженных частиц через среду с равномерной скоростью, превышающей фазовую скорость света в той же среде, возникает излучение, получившее название «Черенковского» (Xiaowei Ma, Jing Wang, Zhen Cheng. Cerenkov radiation: a multi-functional approach for biological sciences. Front. Phys., 2014(2), 1-14. doi.org/10.3389/fphy.2014.00004).It is a known fact that when charged particles pass through a medium with a uniform speed exceeding the phase velocity of light in the same medium, radiation arises called “Cherenkovsky” (Xiaowei Ma, Jing Wang, Zhen Cheng. Cerenkov radiation: a multi-functional approach for biological sciences. Front. Phys., 2014 (2), 1-14. doi.org/10.3389/fphy.2014.00004).

В последнее время применение «Черенковского» излучения в биологических исследованиях представляет большой интерес. К примеру, большое внимание уделяется использованию эффекта Черенкова в дозиметрии - для контроля глубины проникновения протонного пучка (Andy Lau, Salahuddin Ahmad and Yong Chen. A simulation study investigating a Cherenkov material for use with the prompt gamma range verification in proton therapy. Journal of X-Ray Science and Technology. 24 (2016), 565-582 DOI 10.3233/XST-160575) или суррогатного показателя поглощенной дозы ((Kyoung Won Jang, Sang Hun Shin, Seon Geun Kim, Jae Seok Kim, Wook Jae Yoo, Young Hoon Ji, Bongsoo Lee. Measurement of Cerenkov Radiation Induced by the Gamma-Rays of Co-60 Therapy Units Using Wavelength Shifting Fiber. Sensors (Basel). 2014 Apr; 14(4): 7013-7025. doi: 10.3390/s140407013.Recently, the use of Cherenkov radiation in biological research has been of great interest. For example, much attention is paid to the use of the Cherenkov effect in dosimetry - to control the depth of penetration of the proton beam (Andy Lau, Salahuddin Ahmad and Yong Chen. A simulation study investigating a Cherenkov material for use with the prompt gamma range verification in proton therapy. Journal of X -Ray Science and Technology. 24 (2016), 565-582 DOI 10.3233 / XST-160575) or surrogate absorbed dose rate ((Kyoung Won Jang, Sang Hun Shin, Seon Geun Kim, Jae Seok Kim, Wook Jae Yoo, Young Hoon Ji, Bongsoo Lee. Measurement of Cerenkov Radiation Induced by the Gamma-Rays of Co-60 Therapy Units Using Wavelength Shifting Fiber. Sensors (Basel). 2014 Apr; 14 (4): 7013-7025. Doi: 10.3390 / s140407013.

Данные работы базируются на представлении, что графики распределения по глубине дозы гамма и электронного излучения и Черенковской эмиссии совпадают (Adam K Glaser1, Rongxiao Zhang2, David J Gladstone3 and Brian W Pogue. Optical dosimetry of radiotherapy beams using Cherenkov radiation: the relationship between light emission and dose. Phys. Med. Biol. 59 (2014) 3789-3811 doi: 10.1088/0031-9155/59/14/3789).These works are based on the idea that the plots of depth distribution of gamma and electron radiation and Cherenkov emission coincide (Adam K Glaser1, Rongxiao Zhang2, David J Gladstone3 and Brian W Pogue. Optical dosimetry of radiotherapy beams using Cherenkov radiation: the relationship between light emission and dose. Phys. Med. Biol. 59 (2014) 3789-3811 doi: 10.1088 / 0031-9155 / 59/14/3789).

Черенковское излучение обладает уникальными спектральными и пространственными свойствами. Его спектр излучения непрерывен от инфракрасной до ультрафиолетовой области и пропорционален 1 / λ2. При этом максимум значений приходится на область 200-400 нм (Xu Cao, Shudong Jiang, Mengyu Jeremy Jia, Jason R. Gunn, Tianshun Miao, Scott C. Davis, Petr Bruza, Brian W. Pogue. Cherenkov excited short-wavelength infrared fluorescence imaging in vivo with external beam radiation. J. of Biomedical Optics.2018; 24(5). https://doi.Org/10.1117/1.JBO.24.5.051405).Cherenkov radiation has unique spectral and spatial properties. Its emission spectrum is continuous from infrared to ultraviolet and is proportional to 1 / λ 2 . In this case, the maximum value falls on the region of 200-400 nm (Xu Cao, Shudong Jiang, Mengyu Jeremy Jia, Jason R. Gunn, Tianshun Miao, Scott C. Davis, Petr Bruza, Brian W. Pogue. Cherenkov excited short-wavelength infrared fluorescence imaging in vivo with external beam radiation. J. of Biomedical Optics. 2018; 24 (5). https://doi.Org/10.1117/1.JBO.24.5.051405).

Этот интервал перекрывается с уникальным, общим для всех типов фотосенсибилизаторов пиком поглощения равным 402 нм (Soret peak), причем квантовый выход синглетного кислорода при возбуждении ФС на этой длине волны является максимальным (Heidi Abrahamse, Michael R. Hamblin. New photosensitizers for photodynamic therapy. Biochem J. 2016 Feb 15; 473(4): 347-364. doi: 10.1042/BJ20150942).This interval overlaps with a unique absorption peak of 402 nm common for all types of photosensitizers (Soret peak), and the quantum yield of singlet oxygen upon excitation of PS at this wavelength is maximum (Heidi Abrahamse, Michael R. Hamblin. New photosensitizers for photodynamic therapy. Biochem J. 2016 Feb 15; 473 (4): 347-364. Doi: 10.1042 / BJ20150942).

Эти теоретические модели и их аналитическая интерпретация дают основания предполагать, что при соответствующих условиях возможна активация накопленного в опухоли фотосенсибилизатора при действии лучевого агента, способного генерировать Черенковское излучение.These theoretical models and their analytical interpretation suggest that, under appropriate conditions, activation of the photosensitizer accumulated in the tumor is possible under the action of a radiation agent capable of generating Cherenkov radiation.

Наиболее близким является способ лечения больных с узловыми и радиорезистентными злокачественными опухолями (RU 2570033 С1), включающий проведение 8-10 сеансов сочетанной дистанционной гамма-терапии и фотодинамической терапии с интервалом 24 часа.The closest is a method of treating patients with nodular and radioresistant malignant tumors (RU 2570033 C1), including 8-10 sessions of combined remote gamma therapy and photodynamic therapy with an interval of 24 hours.

Однако данный метод обладает следующими недостатками: длительный период полувыведения Фотосенса увеличивает время соблюдения светового режима. Последовательно применение методов фотодинамической и лучевой терапии удлиняет продолжительность процедуры. Использование для возбуждения фотосенсибилизатора источника дистанционного лазерного света не позволяет проводить лечение опухолей, расположенных на глубине более проникающей способности лазера (4-8 мм).However, this method has the following disadvantages: the long half-life of Photosens increases the time for observing the light regime. The consistent use of photodynamic and radiation therapy methods lengthens the duration of the procedure. The use of a remote laser light source to excite a photosensitizer does not allow the treatment of tumors located at a depth of a laser more penetrating (4-8 mm).

Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность проведения комбинированной терапии, позволяющей одномоментно сочетать в себе эффекты лучевого и фотодинамического воздействия, которая привела бы к повышению противоопухолевого действия и, как следствие, к сокращению количества рецидивных опухолей, уменьшению общего времени терапевтической процедуры и позволила бы сочетать лучевую и фотодинамическую терапию глубоко расположенных опухолей за счет нивелирования ограничений по проникающей способности лазерного света, не увеличивая при этом повреждение окружающих здоровых тканей.The technical result of the claimed invention is the possibility of conducting combination therapy that allows you to simultaneously combine the effects of radiation and photodynamic effects, which would lead to an increase in antitumor activity and, as a result, to reduce the number of recurrent tumors, reduce the total time of the therapeutic procedure and would allow to combine radiation and photodynamic therapy of deeply located tumors due to leveling of restrictions on the penetrating power of laser light, without increasing damage to surrounding healthy tissues.

Технический результат достигается тем, что так же как и в известном способе проводят сочетанную дистанционную лучевой терапию и фотодинамическую терапию.The technical result is achieved by the fact that, as in the known method, a combination of remote radiation therapy and photodynamic therapy is carried out.

Особенность заявляемого способа заключается в том, что однократно внутривенно вводят фотосенсибилизатор Хлорин Е6 в дозе 10 мг/кг массы тела и через 3 часа после окончания введения препарата проводят спектрометрию для определения накопления препарата в опухоли относительно здоровых тканей, далее проводят сеанс дистанционной терапии электронами на опухоль в разовой очаговой дозе 32 Гр, при мощности дозы 3,3 Гр/мин, энергии 10 МэВ и повторно проводят спектральные измерения в тех же точках, после чего сравнивают значения флуоресценции до и после воздействия препарата и оценивают «фотовыгорание» фотосенсибилизатора для подтверждения фотодинамического компонента терапии, возникающего в следствии активации фотосенсебилизатора индуцированным Черенковским излучением.A feature of the proposed method lies in the fact that Chlorin E6 photosensitizer is administered once intravenously at a dose of 10 mg / kg body weight and 3 hours after the end of drug administration, spectrometry is performed to determine the accumulation of the drug in the tumor relative to healthy tissues, then a distance therapy with electrons on the tumor is performed in a single focal dose of 32 Gy, with a dose rate of 3.3 Gy / min, an energy of 10 MeV and spectral measurements are repeated at the same points, after which the fluorescence values are compared before and after the exposure to the drug and the photosensitizer photoabsorption is evaluated to confirm the photodynamic component therapy arising from the activation of the photosensitizer induced by Cherenkov radiation.

Изобретение поясняется подробным описанием, лабораторными исследованиями и иллюстрациями, на которых изображено:The invention is illustrated by a detailed description, laboratory tests and illustrations, which depict:

Фиг. 1 - Диаграмма и графическое изображение спектров флуоресценции в точках: а - нормальная кожа до лучевой терапии (6,4 о.е.), b - кожа над опухолью до лучевой терапии (13,6 о.е.), с - кожа над опухолью после лучевой терапии (10,2 о.е.), d - нормальная кожа после лучевой терапии (6,1 о.е.).FIG. 1 - Diagram and graphical representation of the fluorescence spectra at the points: a - normal skin before radiation therapy (6.4 p.u.), b - skin above the tumor before radiation therapy (13.6 p.u.), c - skin above tumor after radiation therapy (10.2 pu), d - normal skin after radiation therapy (6.1 pu).

Фиг. 2 - Кривые роста опухоли Саркомы M1 в группах контроля, лучевого воздействия в самостоятельном режиме и лучевого воздействия с введением Фотодитазина (0 сутки - день лучевого воздействия, 2, 4, 6, 8, 11, 14, 17, 21 - сутки после воздействия). По шкале У - объем опухоли в см3.FIG. 2 - Growth curves of a tumor of M1 Sarcoma in the control groups, independent radiation exposure and radiation exposure with the administration of Photoditazine (day 0 - day of radiation exposure, 2, 4, 6, 8, 11, 14, 17, 21 - day after exposure) . On a scale of U - tumor volume in cm 3 .

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Животному однократно вводят внутривенно фотосенсибилизатор Хлорин Е6 (например, Фотодитазин, Радахлорин или аналог) в дозе 10 мг/кг, через 3 часа после введения препарата проводят спектрометрию для определения накопления препарата в опухоли относительно здоровых тканей. Далее проводится сеанс дистанционной терапии электронами на опухоль в разовой очаговой дозе 32 Гр, при мощности дозы 3,3 Гр/мин, энергии 10 МэВ. Незамедлительно после облучения повторно проводятся спектральные измерения в тех же точках. Сравнение значений флуоресценции до и после воздействия позволяет судить о «выгорании» препарата в процессе фотодинамической реакции.Chlorin E6 photosensitizer (for example, Photoditazine, Radachlorin or an analogue) is once administered intravenously to the animal at a dose of 10 mg / kg, spectrometry is performed 3 hours after drug administration to determine the accumulation of the drug in the tumor relative to healthy tissues. Next, a session of remote therapy with electrons on the tumor is carried out in a single focal dose of 32 Gy, with a dose rate of 3.3 Gy / min, an energy of 10 MeV. Immediately after irradiation, spectral measurements at the same points are repeated. Comparison of the fluorescence values before and after exposure allows us to judge the “burnout” of the drug in the process of photodynamic reaction.

Предложенный вариант комбинированной терапии выполнен у 8 крыс с имплантированной подкожно с внешней стороны левого бедра саркомой М-1.The proposed combination therapy option was performed in 8 rats with an implanted subcutaneously from the outside of the left thigh with M-1 sarcoma.

Еще 8 животным с аналогичной опухолевой моделью включались в группу лучевой терапии в самостоятельном режиме. В качестве контрольных животных было 8 особей.Another 8 animals with a similar tumor model were included in the radiation therapy group in an independent mode. As control animals, there were 8 individuals.

1-ой группе крыс «Фотодитазин» вводили внутривенно в хвостовую вену в дозе 10 мг/кг массы. Спектроскопия проводилась в 3-х рандомных точках нормальной кожи (область передней брюшной стенки) и 3-х точках кожи над опухолью с предварительным удаление шерстяного покрова. Полученные данные суммировались с вычислением среднего значения в каждой из групп. При анализе данных нормированной флуоресценции FN выявили, что опухоли накапливают препарат в значительно больших концентрациях - 14 отн. ед., чем здоровая ткань - 6 отн. ед. (Фиг. 1а,b). Далее животные обеих групп (с введением Фотодитазина и без него) подвергались облучению электронами на опухоль в разовой очаговой дозе 32 Гр, при мощности дозы 3,3 Гр/мин, энергии 10 МэВ. После чего крысы 1-ой группы отбирались для повторной спектрометрии в точках «норма/опухоль». При анализе полученных значений было показано «выгорание» препарата после сеанса лучевой терапии, тогда как показатели флуоресценции в нормальной ткани оставались на прежнем уровне (Фиг. 1a, d), что свидетельствует об активации ФС и его расходовании на реализацию фотодинамической реакции (фиксируется уменьшение флюоресценции над опухолью).The 1st group of rats "Photoditazine" was injected intravenously into the tail vein at a dose of 10 mg / kg of body weight. Spectroscopy was performed at 3 random points of normal skin (region of the anterior abdominal wall) and 3 points of skin above the tumor with preliminary removal of the coat. The data obtained were summed up with the calculation of the average value in each of the groups. When analyzing the data of normalized fluorescence, FN revealed that tumors accumulate the drug in significantly higher concentrations - 14 rel. units than healthy tissue - 6 rel. units (Fig. 1a, b). Further, the animals of both groups (with and without Photoditazine) were irradiated with electrons on the tumor in a single focal dose of 32 Gy, with a dose rate of 3.3 Gy / min, and an energy of 10 MeV. After that, rats of the 1st group were selected for repeated spectrometry at the points "norm / tumor". When analyzing the obtained values, it was shown that the drug “burned out” after the radiation therapy session, while the fluorescence indices in normal tissue remained at the same level (Fig. 1a, d), which indicates FS activation and its expenditure on the implementation of the photodynamic reaction (a decrease in fluorescence is recorded over the tumor).

Далее животные всех групп наблюдались с целью изучения динамики роста Саркомы М-1. Измерения проводились 1 раз в 3 дня с регистрацией 3-х размеров опухоли. Полученные графики кривых роста (Фиг. 2) отражают большую противоопухолевую эффективность предложенного комбинированного способа в сравнении с облучением электронами в самостоятельном режиме, так как лучевая терапия воздействует на опухолевые клетки, оказывая на них прямые цитотоксические эффекты в виде повреждения молекулы ДНК. В то же время Черенковское излучение, возникающее при облучении электронами, активирует введенный и селективно накопленный в патологическом очаге фотосенсибилизатор. Это в свою очередь приводит к реализации эффектов фотодинамической терапии и к повреждению, в первую очередь, микроциркуляторного русла опухоли свободными радикалами, образующимися на выходе фото динамической реакции. Благодаря тому, что от момента воздействия повреждающего фактора до реализации сосудистых эффектов проходит срок равный 2-3 суткам, непосредственно в момент облучения не увеличивается доля более радиорезистентных гипоксических клеток за счет явлений стаза и тромбоза. В то же время, увеличение гипоксии в отдаленные сроки снижает способность опухоли к восстановлению разрывов цепи ДНК. Помимо этого значимым преимуществом данного способа является возможность фотодинамического воздействия на глубоко расположенные опухоли, учитывая, что возбуждающее излучение образуется непосредственно в эпицентре опухоли в зоне лучевого пучка. Время воздействия также сокращается за счет одномоментной реализации обеих терапевтических опций.Further, animals of all groups were observed in order to study the growth dynamics of Sarcoma M-1. Measurements were taken 1 time in 3 days with registration of 3 tumor sizes. The obtained graphs of the growth curves (Fig. 2) reflect the greater antitumor efficacy of the proposed combined method in comparison with electron irradiation in an independent mode, since radiation therapy affects tumor cells, exerting direct cytotoxic effects on them in the form of damage to the DNA molecule. At the same time, Cherenkov radiation resulting from electron irradiation activates the photosensitizer introduced and selectively accumulated in the pathological focus. This in turn leads to the realization of the effects of photodynamic therapy and, in the first place, damage to the microvasculature of the tumor by free radicals formed at the output of the photo-dynamic reaction. Due to the fact that a period of 2-3 days elapses from the moment of exposure to the damaging factor to the realization of vascular effects, the proportion of more radioresistant hypoxic cells does not increase directly at the time of irradiation due to the effects of stasis and thrombosis. At the same time, an increase in hypoxia in the long term reduces the ability of the tumor to repair DNA strand breaks. In addition, a significant advantage of this method is the possibility of photodynamic effects on deeply located tumors, given that the exciting radiation is formed directly in the epicenter of the tumor in the area of the beam. The exposure time is also reduced due to the simultaneous implementation of both therapeutic options.

При проведении данного способа реализуется двойное воздействие на опухоль за счет энергии электронов и фотодинамической реакции, возникающей в результате возбуждения фотосенсибилизатора индуцированным «Черенковским» излучением.When carrying out this method, a double effect on the tumor is realized due to the energy of electrons and the photodynamic reaction resulting from the excitation of the photosensitizer by the induced “Cherenkov” radiation.

Предлагаемый способ принципиально отличается от сочетания классической фотодинамической терапии с лучевой терапией отсутствием необходимости доставки световой энергии к патологическому очагу за счет использования индуцированного излучения, возникающего непосредственно в опухоли при ее облучении пучком электронов с указанными параметрами.The proposed method is fundamentally different from the combination of classical photodynamic therapy with radiation therapy by the absence of the need to deliver light energy to the pathological focus through the use of induced radiation that occurs directly in the tumor when it is irradiated with an electron beam with the specified parameters.

Использование разработанного способа в клинике приводит к повышению противоопухолевого действия и, как следствие, сокращению количества рецидивных опухолей, уменьшению общего времени терапевтической процедуры, увеличению глубины проникновения за счет нивелирования ограничений по проникающей способности лазерного света, не увеличивая при этом повреждение окружающих здоровых тканей. Изобретение промышленно применимо, так как при выполнении данного способа используют стандартное медицинское оборудование, применяемое при лечении онкологических больных в специализированных лечебных учреждениях.Using the developed method in the clinic leads to an increase in the antitumor effect and, as a result, a reduction in the number of recurrent tumors, a decrease in the total time of the therapeutic procedure, and an increase in the penetration depth due to the leveling of restrictions on the penetrating power of laser light without increasing damage to surrounding healthy tissues. The invention is industrially applicable, since when performing this method, standard medical equipment used in the treatment of cancer patients in specialized medical institutions is used.

Claims (1)

Способ фотодинамической терапии, включающий однократное внутривенное введение фотосенсибилизатора Хлорин Е6 в дозе 10 мг/кг массы тела, проведение спектрометрии через 3 ч после окончания введения препарата, сеанс дистанционной терапии электронами в разовой очаговой дозе 32 Гр при мощности дозы 3,3 Гр/мин, энергии 10 МэВ, повторную спектрометрию, после чего сравнивают значения флуоресценции до и после воздействия препарата и оценивают «фотовыгорание» фотосенсибилизатора для подтверждения фотодинамического компонента терапии, возникающего вследствие активации фотосенсибилизатора индуцированным Черенковским излучением.The method of photodynamic therapy, including a single intravenous administration of the Chlorin E6 photosensitizer at a dose of 10 mg / kg body weight, spectrometry 3 hours after the end of the drug administration, a distance electron therapy session in a single focal dose of 32 Gy at a dose rate of 3.3 Gy / min, energy of 10 MeV, repeated spectrometry, after which the fluorescence values are compared before and after exposure to the drug and the “photo-absorption” of the photosensitizer is evaluated to confirm the photodynamic component of therapy resulting from the activation of the photosensitizer by Cherenkov-induced radiation.
RU2019122706A 2019-07-18 2019-07-18 Method of combined radiotherapy and photodynamic therapy RU2724480C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122706A RU2724480C2 (en) 2019-07-18 2019-07-18 Method of combined radiotherapy and photodynamic therapy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122706A RU2724480C2 (en) 2019-07-18 2019-07-18 Method of combined radiotherapy and photodynamic therapy

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019122706A RU2019122706A (en) 2019-09-09
RU2019122706A3 RU2019122706A3 (en) 2020-02-05
RU2724480C2 true RU2724480C2 (en) 2020-06-23

Family

ID=67903194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019122706A RU2724480C2 (en) 2019-07-18 2019-07-18 Method of combined radiotherapy and photodynamic therapy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724480C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2767272C2 (en) * 2021-08-17 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method for treatment of rat m-1 transferable connective tissue sarcoma under combined impact of photodynamic therapy and radiation therapy

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2286817C2 (en) * 2004-07-06 2006-11-10 ГУН НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова Минздрава РФ Method for combined therapy of locally metastasing malignant tumors of trachea and/or bronchi
RU2570033C1 (en) * 2014-07-22 2015-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") Method of treating patients with nodular and radioresistant malignant tumours
WO2017019520A1 (en) * 2015-07-24 2017-02-02 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Compositions and methods of cerenkov targeted and activated imaging and therapeutics
WO2019014413A1 (en) * 2017-07-12 2019-01-17 Immunolight, Llc Methods for radiotherapy to trigger light activated drugs
RU2682293C2 (en) * 2017-08-28 2019-03-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский радиологический центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации" (ФГБУ "НМИРЦ" Минздрава России) Method for treating lung cancer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2286817C2 (en) * 2004-07-06 2006-11-10 ГУН НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова Минздрава РФ Method for combined therapy of locally metastasing malignant tumors of trachea and/or bronchi
RU2570033C1 (en) * 2014-07-22 2015-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") Method of treating patients with nodular and radioresistant malignant tumours
WO2017019520A1 (en) * 2015-07-24 2017-02-02 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Compositions and methods of cerenkov targeted and activated imaging and therapeutics
WO2019014413A1 (en) * 2017-07-12 2019-01-17 Immunolight, Llc Methods for radiotherapy to trigger light activated drugs
RU2682293C2 (en) * 2017-08-28 2019-03-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский радиологический центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации" (ФГБУ "НМИРЦ" Минздрава России) Method for treating lung cancer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LAKOUAS D. K. et al. Nuclear medicine for photodynamic therapy in cancer: Planning, monitoring and nuclear PDT. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2017(18), pp. 236-243. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2767272C2 (en) * 2021-08-17 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method for treatment of rat m-1 transferable connective tissue sarcoma under combined impact of photodynamic therapy and radiation therapy

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019122706A (en) 2019-09-09
RU2019122706A3 (en) 2020-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
McFarland et al. Metal-based photosensitizers for photodynamic therapy: the future of multimodal oncology?
Baskaran et al. Clinical development of photodynamic agents and therapeutic applications
Vozenin et al. Towards clinical translation of FLASH radiotherapy
Menezes et al. Radiation matters of the heart: a mini review
Quirk et al. Photodynamic therapy (PDT) for malignant brain tumors–where do we stand?
Chen et al. Improvement of tumor response by manipulation of tumor oxygenation during photodynamic therapy¶
Hartl et al. Activating photodynamic therapy in vitro with cerenkov radiation generated from yttrium-90
US11786595B2 (en) Methods for radiotherapy to trigger light activation drugs
Filonenko The history of development of fluorescence diagnosis and photodynamic therapy and their capabilities in oncology
Zavadskaya Photodynamic therapy in the treatment of glioma
WO2019014413A1 (en) Methods for radiotherapy to trigger light activated drugs
Rovers et al. Effective treatment of liver metastases with photodynamic therapy, using the second-generation photosensitizer meta-tetra (hydroxyphenyl) chlorin (mTHPC), in a rat model
RU2724480C2 (en) Method of combined radiotherapy and photodynamic therapy
Dinakaran et al. The use of nanomaterials in advancing photodynamic therapy (PDT) for deep-seated tumors and synergy with radiotherapy
Makropoulou Cancer and electromagnetic radiation therapy: Quo Vadis?
Dougherty et al. Photoradiation therapy of human tumors
Zakharov et al. Application of diode lasers in light-oxygen cancer therapy
RU2570033C1 (en) Method of treating patients with nodular and radioresistant malignant tumours
Kwon et al. Fluorescence Kinetics of Protoporphyrin‐IX Induced from 5‐ALA Compounds in Rabbit Postballoon Injury Model for ALA‐Photoangioplasty
Zaharieva et al. Photodiagnostics and photodynamic treatment of stem cells cultivated from human glioblastoma tumors
RU2617090C1 (en) Method for photodynamic therapy of malignant tumours
Zhang et al. Anti-tumor activities of a novel chlorin derivative for photodynamic therapy in vitro and in vivo
Kurachi et al. Photodynamic therapy
Grecco et al. Comparison of two photosensitizers in photodynamic therapy using light pulses in femtosecond regime: An animal study
Abo-Neima Treatment of cancer by low intensity laser radiation therapy