膀胱癌光動力學診斷及治療

1、光動力學診斷及治療,,,宋 曉 東華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院泌尿外科,,前 言,定義 所謂光動力學即一種光敏化作用，是一種特殊的物質經光照射而引起所含這種物質增多的細胞內的反應過程。這種光敏化反應稱為光動力作用 在醫(yī)學上，光動力學可用于 Photodynamic Diagnosis PDD Photodynamic Therapy PDT,發(fā)展史簡介,1900年德國Raab首次發(fā)現光和光敏

2、劑的結合能夠產生細胞毒性效應此后數十年的發(fā)展歷史中，由于早期開發(fā)的光敏劑存在著組分不明，對紅光吸收少，皮膚光毒反應明顯等到缺點，從而限制了這項醫(yī)學新療法在臨床的推廣1993年4月19日加拿大衛(wèi)生部在世界上首次正式批準了卟吩姆鈉（porfimer sodium,Photofrin)應用于臨床，PDT的基礎研究和臨床應用才得到廣泛開展的關注，被認為是PDT發(fā)展史上的一個重要里程碑之后，美國、日本、荷蘭、挪威、德國、英國等國衛(wèi)生部通過論

3、證，確立了這一腫瘤新療法的合法性,PDD&PDT原理,,,,,,,,,激光,,基態(tài)光敏劑,激態(tài)光敏劑,物理退激,化學退激,+ O2,熒光,活性氧,,,診斷,治療,PDD&PDT概念示意圖,,,光敏藥物,（HpD）,光源450nm,,光源630nm,,,光敏劑,,,熒光,1O2,物理退激,,化學退激,,PDT的作用機理,光敏劑通過靜脈注射（或局部給藥）進入人體后患，在一段時間里會在腫瘤組織中形成相對高濃度積聚，此時用特定

4、波長激光照射腫瘤組織，將激活其中的光敏劑分子，在腫瘤組織內引發(fā)一系列光化學反應，生成活性很強的單態(tài)氧，進而和生物大分子發(fā)生氧化反應，產生細胞毒作用殺死腫瘤細胞,光動力殺滅腫瘤細胞的作用機理,,,細胞死亡,,,PDT,細胞 凋亡,細胞壞死,與質膜結合為主的光敏劑，大多引起細胞壞死與線粒體親和性強的光敏劑，常引起細胞凋亡與溶酶體結合的光敏劑則常使溶酶體膜破壞，釋放水解酶進入胞漿，也易引起細胞壞死,光動力學作用的兩種反應機制,I型反應：&

5、#160; PS + hν → 1PS （光敏劑分子 + 光子→單線態(tài)激發(fā)態(tài)的光敏劑分子) 1PS → 3PS （單線態(tài)激發(fā)態(tài)的光敏劑分子→三線態(tài)激發(fā)態(tài)的光敏劑分子） PS *+ A→ PS + A* （激發(fā)態(tài)光敏劑分子 + 底物→基態(tài)光敏劑分子 + 底物分子自由基）,光動力學作用的兩種反應機制,II型反應： PS + hν → 1PS （光敏劑分子 + 光子→單線態(tài)激發(fā)態(tài)的光敏

6、劑分子） 1PS → 3PS （單線態(tài)激發(fā)態(tài)的光敏劑分子→三線態(tài)激發(fā)態(tài)的光敏劑分子） PS*+ O2→1O2 + PS （激發(fā)態(tài)光敏劑分子 + 基態(tài)分子氧→單線態(tài)氧+基態(tài)光敏劑分子）,光動力療法的特點：,優(yōu)點：選擇特異性好，只殺傷腫瘤細胞，對正常組織和細胞影響小微創(chuàng)性，無需手術，可經內窺鏡可穿刺針插入進行介入治療可協(xié)同手術、放療和化療，耐受性好，無耐藥性，可反復治療治療設備操作簡單，維護費用低,光

7、動力療法的特點：,不足：激光在組織中的穿透力不足，一般<1.5cm ，腔內腫瘤需經腔鏡將光導纖維導入病灶部位照射腫瘤體積較大，則需列陣點照射，較為繁瑣，有些光敏劑治療后需避強光1個月有些患者在治療數天內可能出現局部皮膚過敏反應光敏劑過敏者及光導纖維不能到達的深部腫瘤不能用該法治療,影響光動力療法的因素,PDT作用的基礎是光動力效應影響光動力效應的因素主要有： 光敏劑 系首要因素 ——其優(yōu)劣

8、直接與療效有關 照射光 波長 、功率密度、能量密度 氧 光敏劑得到光照射后，組織中的氧會迅速顯著下降,光敏劑,光敏劑是指能吸收特定波長光的能量傳遞給周圍分子，從而產生活性氧等毒性物質的一類化學物質光敏劑作為PDT的三大關鍵要素之一，其性能在很大程度上直接決定了PDT的療效和該療法在臨床的應用和推廣,理想光敏劑的基本特征,組分明確材料來源廣泛，且易于化學合成在沒有光照的條件下毒性小腫瘤細胞對其具有選擇性吸收，

9、即特異性高單態(tài)氧的量子產率高經人體新陳代謝快速排出體外，藥物不良反應小在人體內沒有藥物聚集現象具有很好的光穩(wěn)定性，光漂白效應不顯著最大吸收峰位于近紅外，能獲得足夠的光學穿透深度,光敏劑的分類,根據化學結構和組成分為：卟啉類，如Photofrin,ALA/PpIX,維替泊芬（苯并卟啉單酸環(huán)A，verteporfin,BPD-MA)等葉綠素類，如二氫卟吩類（chlorins）,紫紅素類（purpurins）,菌綠二氫卟吩類（b

10、acteriochlorins）等染料類，如酞菁類（phthalocyanine）,萘酞菁類（naphthalocyanine）等按時間年限分為：第一代光敏劑，通常界定為上世紀70年代末和80年代初的光敏劑第二代光敏劑，上世紀80年代后出現的光敏劑第三代光敏劑，正處于研究中，以解決生物相容性，特別是選擇適合于光敏劑傳輸的藥物傳輸系統(tǒng)（drug delivery systems,DDSs）為目標的光敏劑,商品化的光敏劑,光敏劑

11、 商品名 治療的病種 治療波長（nm）,卟吩姆鈉 Photofrin 子宮、呼吸道、食管、 630 Porfimer sodium 膀胱、胃癌，腦部腫瘤,,,維替泊芬 Visudyne 基底細胞癌

12、 689BPD-MA,替莫聽芬 foscan 頭頸部和胰腺腫瘤 652temoporfin HPD(喜泊芬) 基底細胞癌 630,5-氨基酮戊酸 Levulan 基底細胞癌，頭頸部腫瘤， 6355-ALA

13、 婦科腫瘤， 診斷腦部，頭頸部和 375~400 膀胱腫瘤,5-ALA-甲酯 Metvix 基底細胞癌 635

14、 5-ALA-methyldsther,商品化的光敏劑,,,光敏劑 商品名 治療的病種 治療波長（nm）,5-ALA-苯酯 Benzvix 胃腸道腫瘤 635 5-ALA-benzylesther,5-ALA-己酯 Hexvix 診斷膀胱腫

15、瘤 375~400 5-ALA-hexylesther,羅他泊芬 Purlytin 皮膚轉移性乳癌 664rostaporfin 基底細胞癌 Kaposi肉瘤，前列腺癌,硼酸原卟啉 Np

16、e6 腦部腫瘤 630 Boronated protoporphrin N-天冬氨酰二氫卟吩 N-Aspartyl-chlorin e6,金絲桃素 VIMRxyn 皮膚、銀屑病 600 hypericin,,等,,,,5-ALA誘導的膀胱腫瘤光動力學

17、診斷,,,PDD,,背 景,膀胱癌發(fā)病率：泌尿系腫瘤第一位生長特點：80%表淺生長、多中心發(fā)生膀胱鏡檢查為主要診治手段不易發(fā)現微小扁平樣早期病變，導致膀胱癌術后 易復發(fā)及進展,熒光染色膀胱鏡原理：,癌腫——染色正常上皮——不染色 在普通膀胱鏡不易發(fā)現的原位癌或較小的癌腫，經膀胱內染色處理后很易辨認，結合活組織檢查能提高早期膀胱癌的檢出率,熒光染色膀胱鏡發(fā)展史：,1960年代—四環(huán)素族物質 198

18、0年代—亞甲藍及血卟啉衍生物（HPD） 1990年代后—5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）及其衍生物氨基酮戊酸己酯（HAL）、NBI,光動力學診斷,5-ALA誘導熒光的光動力學診斷原理：,膀胱腔內灌注ALA后，在藍光（激發(fā)光）的照射下，腫瘤組織會呈現獨特紅色熒光，與正常黏膜區(qū)別開來，因此可大大提高腫瘤早期檢出率,光動力學診斷設備,激發(fā)光源系統(tǒng)（D-LICHT系統(tǒng)） 熒光膀胱鏡 CCD成像系統(tǒng) 攝像系統(tǒng)以及監(jiān)視器,PDD系統(tǒng)示

19、意圖,激發(fā)光源,,錄像系統(tǒng),圖像整合系統(tǒng),CCD成像系統(tǒng),分光計,觀察濾光器,,石英導光纖維,,腳踏切換裝置,,5-ALA誘導熒光的光動力學診斷過程,5-ALA膀胱灌注被腫瘤細胞攝取在細胞內進行生物合成轉變?yōu)闊晒馕镔|原卟啉Ⅸ（PpIX）經波長為407nm的激光照射使該熒光物質發(fā)出紅色熒光腫瘤 紅色 正常上皮 藍色,操作方法,膀胱灌注5-ALA緩沖液2～3h后，在局麻或硬膜外麻醉下進行熒光膀胱鏡檢：灌洗液充盈

20、膀胱，當膀胱壁無皺折時，變換白光及藍光近距離垂直位觀察膀胱壁，在藍光下發(fā)現的紅色區(qū)域即熒光陽性，可進行活檢，并在熒光指導下可對腫瘤進行電切除,,注意事項,灌注應保留至少30分鐘，必要時可用解痙劑，藥物保留不足15分鐘或超過5個小時應重復灌注觀察最佳時間是灌注后2—3小時觀察時應注意膀胱黏膜要充分展開，否則可出現假熒光表現熒光強度與照射距離呈負相關，應近距離觀察，圖像才會清晰明亮,注意事項,尿液及出血也可致使視野模糊不清，充分引流尿

21、液、止血并保持術中灌流為防止照射后圖像脫色，操作熒光膀胱鏡檢查應快速，盡早切換到紫蘭光模式，所有在白光實施的操作應該在最低可見的光強度，當檢查必須被中斷時則應暫時關掉D-LIGHT由于PpIX熒光會有光漂白，對病變區(qū)域進行觀察后應立即行活檢、切除或凝固等,乳頭狀癌,←藍光下表現,白光下表現→,,原位癌,←藍光下表現,白光下表現→,,膀胱腫瘤旁衛(wèi)星灶,←藍光下表現,白光下表現→,,←出血性膀胱炎,瘢痕組織→,,慢性膀胱炎,←藍光下表現

22、,白光下表現→,,膀胱頸正常陽性表現,←藍光下表現,白光下表現→,,尿液在藍光下顯示為綠色,,熒光膀胱鏡下電切,,,臨床應用評價,PDD of urothelial carcinoma of the bladder versus WLC :sensitivity and specificity,,,,作者，發(fā)表年份 病例數 光敏劑 敏感性 %

23、 特異性% PDD WL PDD WL,Kriegmair.1996 104 ALA 96.9 72.7 66.

24、6 68.5Koenig.1999 55 ALA 87 84 59 __Riedl,1999 52 ALA 94.6 76

25、 43 ----Filbeck。1999 120 ALA 96 67.5 35 66.4Zaak,2002 713 ALA 97 __

26、 65 __Grimbergen,2003 160 ALA 97 69 49 78Hungerhuber,2007 875 ALA 92 76.3 41

27、.4 __Jichlinski,2003 52 HAL 96 73 43 43D’Hallewin,2000 40(CIS) Hypericin 93 __ 98.5

28、 __D’Hallewin,2002 87 Hypericin 94 __ 95 __SIm,2005 41 Hypericin 82 62 91

29、 98,,,敏感性及特異性,臨床研究,Hungerhuber報道迄今病例數最多的臨床試驗包括了1713例病人，取活檢4630處，92%病變部位為PDD所發(fā)現，對照組白光膀胱鏡（WL）為76%，其中43%的扁平原位癌只在PDD下被觀察到一個多中心臨床試驗，運用HAL的熒光膀胱鏡與白光膀胱鏡（WL）進行對照，相比WL，PDD在29%和15%的病人中，分別多觀察到至少一個Ta和T1期病變。PDD對Ta和T1期病變的平均檢出率為95

30、%和95%，而WL僅為83%和86%，差異顯著（P=0.0001）,臨床研究,Fradet研究顯示，58例病人的113處原位癌病變中，PDD檢出率為92%，而WL檢出率為68%，在42%的病人中，PDD單獨檢出原位癌病變在Hungerhuber的研究中，活檢組織存在38%的假陽性率，歸因于電切術后膀胱炎癥及疤痕的形成；Grossman的研究證實，PDD的平均假陽性率為39%，WL為31%,,Filbeck等發(fā)現經5-ALA膀胱灌注后，

31、代謝產物原卟啉Ⅸ主要沉積在代謝活躍的細胞中，這些組織可以是一些良性病變，包括正常增生的尿道上皮、炎性病變組織、鱗狀化生組織、經尿道腫瘤切除術后的肉芽組織及非感染瘢痕組織。其中以炎性病變黏膜上皮的數量較多。,,假陽性組織的熒光強度要低于膀胱乳頭狀瘤及癌變組織的熒光強度，因而可以通過熒光量化的方法用紅藍比來剔除假陽性病變以提高腫瘤檢出敏感性及特異性 Hofstetter及Zaak選擇1.43為閾值的紅藍比進行熒光膀胱鏡檢來提高診斷符合率,

32、,,,Junker等認為那些假陽性標本或許存在組織病理學尚未發(fā)現的癌前病變，他們用分子生物學技術，對熒光膀胱鏡下所取的陽性標本，經病理學診斷分為良性病變及惡性病變，并取熒光陰性的標本做對照進行對比研究，發(fā)現熒光診斷陽性的標本多伴有基因的變異，如9號染色體遺傳物質的缺失，5、8和11號染色體遺傳物質的缺失或插入等，且端粒酶多呈激活狀態(tài),TUR后腫瘤殘留率,,,,結 論,5-ALA誘導熒光膀胱鏡檢對膀胱腫瘤有很高的敏感性，可用于膀

33、胱腫瘤微小病灶的早期診斷熒光膀胱鏡腫瘤診斷特異性有待提高，量化熒光強度可區(qū)分良、惡性病變，從而提高熒光膀胱鏡檢對腫瘤診斷的特異性幾乎無光敏副作用,結 論,能發(fā)現原位癌及癌旁衛(wèi)星灶，同時在熒光下可電切除，達到腫瘤切除的徹底性FD-TUR較WL-TUR能有效降低腫瘤復發(fā)率PpIX可作為腫瘤標志物來判斷腫瘤生物學行為,進 展,N-Lange等發(fā)現HAL(5-ALA的己酯衍生物）在有效濃度低于ALA20倍時產生的Pp

34、IX的熒光密度仍為ALA的2倍 金絲桃素作為第二代光敏劑不僅對多種系細胞顯示出較強的殺傷效應，而且還具有較高的熒光產率，其作為熒光診斷工具的可能性正處于研究中目前窄帶成像（Narrow Band Imaging,NBI）熒光膀胱鏡 相關膀胱腫瘤的臨床研究仍處于相對空白，僅有的研究表明，NBI內鏡提高了對膀胱黏膜表面細微構造、毛細血管的觀察，增強了微小病變和正常黏膜之間的對比，在診斷新發(fā)及早期復發(fā)的膀胱腫瘤方面優(yōu)勢明顯,膀胱腫瘤的光動

35、力學療法,,,PDT,,適 應 征,膀胱腫瘤電切術后的光動力學治療 —— 預防復發(fā)晚期膀胱腫瘤的光動力學治療 —— 替代全膀胱術 —— 姑息治療 —— 制止頑固性出血,腫瘤光動力治療設備,膀胱鏡 激光導光纖維及光纖的固定裝置激光強度測量器充盈膀胱的光學介質激光發(fā)生器（銅蒸氣泵染料激光、YAG蒸氣泵激光、半導體激光等）,光動力治療的幾種照光方法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

36、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,球狀纖維全膀胱照射,,,,,,,,,,,,,,光敏劑給藥途徑,光敏劑的注入分為靜脈給藥和膀胱灌注, Xiao等用Photofrin和5-ALA不同的給藥途徑來治療膀胱腫瘤,得出膀胱灌注能取得與全身靜脈給藥同樣的治療效果并且有更少的毒副作用,治療方法,靜脈給藥： 靜脈注射HPD(5mg/kg)后常規(guī)36小時、60小時、84小時

37、行3次照射，經尿道置入柱狀或球形激光光纖，激光功率設置為2.0W，以波長為633nm激光行全膀胱內照射30-60分鐘。 靜脈注射HPD應閉光1-4周,治療方法,膀胱灌注給藥： 將濃度為3%的5-ALA緩沖溶液50ml經尿管注入膀胱，盡量保留較長時間（至少30分鐘），經尿道置入球形或柱狀激光散射光纖，激光功率設置為2-3.9W，以波長為633nm激光行膀胱內照射30-60分鐘。術后可不閉光,,,,照射過程中須保持膀胱容量

38、的恒定及避免膀胱出血,否則容量改變及血液吸收激光均對照射量產生影響。在照射時可用激光測量器測量光的強度，總光量應為直射光量的5倍。膀胱照射后通常留置Foley 導尿管，使膀胱松弛，有膀胱痙攣者可使用解痙藥物。,,光敏劑有良好的腫瘤聚集性，在一定的時間段內，腫瘤組織的濃度超過正常組織的10~30倍在足量無適宜波長的光照時，光敏劑對細胞并無損傷作用PDT治療時，激光的劑量并不能導致消融，因而腫瘤周圍正常組織并無損傷,評價,Michael

39、采用單次膀胱內注入法全膀胱照射PDT治療難治性膀胱腫瘤的一個長期隨訪結果表明，完全緩解率可達44%，該組病人再復發(fā)平均時間為9.8月Berger等采用5-ALA膀胱給藥的光動力學療法治療復發(fā)表淺膀胱癌31例，平均隨訪23.7月，16例未再發(fā)，其中4例為早先用BCG灌注治療失敗的病例。治療后無皮膚光毒性反應，僅少數患者出現尿路感染及血尿在國外，PDT正被作為BCG灌注失敗后的二線治療手段， 甚至可作為根治性膀胱全切術的替代療法，前景誘

40、人,膀胱腫瘤光動力學最新動態(tài),新一代的光敏劑HAL已應用于臨床。HAL-PDD能診斷出更多的微小病灶及原位癌，尤其適合于復發(fā)的多灶性患者 J Endourol, June 1, 2009; 23(6): 983-8Bourre等發(fā)現了一種水溶性的ALA前體藥物，能增加腫瘤細胞吸收ALA，并能在細胞內產生更多的原卟啉Ⅸ，從而增強腫瘤細胞的光敏作用 Mol Cancer Ther 2008;7(6):1720-1729