Експериментално
и терапевтични
Лекарство

• Последните две години
• Обща сума

• Миналата година 0
• Обща сума

• Миналият месец
• Изминалата година
• Обща сума

• Ци Сяо
• Tianming Chen
• Шилин Чен

Тази статия се споменава в:

Резюме

Въведение

Ракът е водеща причина за случаи на смъртност в световен мащаб (1). Хирургията е ефективен метод, използван за отстраняване на солидни тумори, като> 50% от пациентите с рак се подлагат на операция всяка година (2). Всъщност хирургичното отстраняване на тумора може да увеличи степента на излекуване на повечето солидни видове тумори с 4-11 пъти (3).

Неуспехът да се получи пълно изчистване на заболяването поради непълна резекция, включително положителни туморни граници или метастатични ракови клетки в лимфните възли, е голямо предизвикателство в туморната хирургия и се среща при 20–60% от операциите (2). Туморните клетки могат да се разпространят в отдалечени тъкани на гостоприемника, което води до метастатично заболяване, добре известна причина за смъртност при пациенти с рак (4). След лечението могат да се наблюдават високи нива на метастази и рецидив на рак поради непълно отстраняване на краищата на първичния тумор (4). Хирургията крие различни предизвикателства, включително идентифициране на малки лезии, локализиране на метастази, както и потвърждаване на пълното отстраняване на тумора (5-9).

Пасивно флуоресцентно багрило индоцианин зелено (ICG)

Фигура 1.

Структура на индоцианиново зелено.

Механизмът на натрупване на ICG в тумора остава неуловим. Предишни проучвания показват, че ICG се подлага на хепатобилиарна екскреция (25-28). Екскрецията на ICG в черния дроб след това с жлъчката може да повлияе на нейния клирънс при различни видове тумори. За чернодробните тумори се приема, че органично-анион-транспортиращите полипептиди, експресирани върху чернодробни клетки, транспортни протеини и вътреклетъчни транспортни протеини пораждат туморния контраст (24,29). При нечернодробните тумори ефектът на повишена пропускливост и задържане (EPR) е основният механизъм за натрупване на ICG в твърди карциноми (30–33). Механизмът на EPR е свързан с туморна среда, като кръвно налягане, pH, отделяне на съдови ендотелни клетки, разлики в локалните нива на простагландини и брадикинин и липсата на ангиогенеза в лимфните съдове (24,34).

Описан от Matsumura и Maeda (35) за първи път през 1986 г., описаният с EPR ефект дефекти в ендотелните клетки водят до систематично и пасивно натрупване на малки молекули, като ICG, в стените на туморните кръвоносни съдове. Веднъж попаднали в микросредата на тумора, молекулите на багрилото се задържат поради глобални свойства, включително форма, размер, заряд и полярност, а не специфичния за тумора механизъм на взаимодействие лиганд-рецептор (36).

Молекулярната структура на ICG включва хидрофилни и хидрофобни части (37). Задвижван от присъщата си химическа структура, ICG взаимодейства с липопротеини (LP) и фосфолипиди (38). ICG се комбинира с LP в кръвообращението на човека (39–41). LP взаимодейства с хидрофилния край на ICG и образува комплекс (ICG-LP) с подобрен афинитет към хидрофобните групи. По време на некроза се откриват хидрофобните опашки на фосфолипидите и се наблюдават промени в афинитета на ICG-LP към разрушения липиден слой (фиг. 2) (37). В допълнение, някои заболявания, включително злокачествени тумори, възпаление или травма, могат да увеличат съдовата пропускливост, позволявайки на ICG-LP комплексите да проникнат през стените на здрави кръвоносни съдове (39,42).

Фигура 2.

Нормален липиден двуслой срещу некротичен липиден двуслой. Некрозата излага хидрофобните опашки на фосфолипидите. Индоцианиновият зелено-липопротеин проявява отчетлив афинитет към фосфолипидите от разрушения липиден бислой.

Onda et al (43) разкриват, че 30 минути след приложението ICG се интернализира в туморни клетки, където остава в продължение на поне 24 часа. При нормална тъкан настъпи бърз клирънс. В близост до 2- (N - (7-нитробенц-2-окса-1,3-диазол-4-ил) амино) -2-деоксиглюкоза, ICG показа бърза нетъканно специфична екстравазация, може би поради обратима не- ковалентни взаимодействия със серумни протеини, като албумин, показващи EPR ефекти, допринасящи за натрупване на ICG в туморната тъкан (30–33).

Освен това беше посочено, че вътреклетъчното натрупване на ICG може да се увеличи с повишаване на температурата; също така авторите предполагат, че ICG може да се абсорбира в клетките чрез свързване с клетъчната мембрана (43). Две молекули могат да повлияят на процеса на поглъщане на ICG: фосфолипиди и Pitstop2. Способността на ICG да взаимодейства с фосфолипидите му позволява да се свързва с клетъчната мембрана, след което клетките поемат ICG; Pitstop2, инхибиторът на ендоцитозата, зависим от протеина на мрежата, се активира чрез свързването на извънклетъчните молекули с клетъчната мембрана и инхибира приемането на ICG (44). Освен това авторите препоръчват ICG да се абсорбира в клетките чрез свързване с клетъчната мембрана (43).

Противоречивите резултати от флуоресцентното изобразяване често зависят от вида на тумора, стадирането и микросредата. Флуоресценцията, излъчвана от ICG, прониква само на 5–10 mm в тъканта, така че дълбочината на тумора влияе върху резултата от изобразяването (45). Hill et al (46) заявяват, че човешкият левкоцитен антиген (HLA) е естествено, биоразградимо вещество; ICG (0,0026–0,0052 mmol, 2,0–4,0 mg), натоварен в HLA, може да се превърне в наночастица. Hill et al (46) също посочват, че контрастът на тумора с ICG наночастици е значително подобрен в сравнение с използването на редовна ICG. Това показва, че размерът на ICG може да повлияе на резултатите от флуоресцентното изображение.

PubMed анализ на статии, публикувани през последните пет години с използване на ICG в хирургия по тъкан или клетъчен тип, е даден на фиг. 3. Ракът на черния дроб показва най-много публикации, описващи използването на ICG в хирургията, последван от рак на гърдата и шийката на матката. Публикациите, описващи използването на ICG в хирургията, са се увеличили между 2011 и 2016 г., както показва фиг. 4.

Фигура 3.

Брой статии, публикувани между 2011 и 2016 г., според PubMed, описващи използването на индоцианин зелено за хирургически насоки при различни видове тумори.

Фигура 4.

Брой статии, публикувани между 2011 и 2016 г., според PubMed, описващи употребата на индоцианиново зелено за хирургични насоки с течение на времето.

„Pro-dye“ флуоресцентен агент 5-ALA

5-аминолевулинова киселина (5-ALA; Фиг. 5) е непротеинова аминокиселина, която е предшественик в биосинтеза на порфирин (47,48). Способността на 5-ALA да действа като флуоресцентен агент произхожда от натрупването на чувствителния към светлина протопорфирин-IX (PpIX), който показва отчетлив флуоресцентен спектър, когато е изложен на определена дължина на вълната (49). Чрез вмъкването на железно желязо (Fe 2+), PpIX (фиг. 6) образува хем В, протетичната група хемоглобин, миоглобин, цитохроми, каталази и пероксидази (47). PpIX е фоточувствителен, поглъщащ синя светлина (375–440 nm) и излъчващ червена до розова флуоресценция (

635 nm) (48-50). Екзогенният 5-ALA е най-често използваната молекула като фотосенсибилизиращ агент при интраоперативно фотодинамично откриване на туморната тъкан (51) и може да се превърне в „про-багрилен“ флуоресцентен агент при флуоресцентно-ориентирана хирургия (FGS) (52–54 ).

Фигура 5.

Структура на 5-аминолевулинова киселина.

Фигура 6.

Структура на протопорфирин-IX.

Подобрена флуоресценция на PpIX след лечение с 5-ALA се наблюдава при различни видове туморни клетки и тъкани (фиг. 7), потвърдена чрез сравнение с контролна група (55). Обширни изследвания демонстрират, че повишената флуоресценция на PpIX в туморните клетки може да бъде резултат от влиянието върху различни свойства, свързани с тумора, включително биосинтеза на хема, митохондриалната функция и промените в транспортерите на порфирин (56).

Фигура 7.

Брой статии, публикувани между 2011 и 2016 г., според PubMed, описващи употребата на 5-аминолевулинова киселина за хирургични насоки при различни видове тумори.

За да стане ясно, че тези ензими са диференцирано експресирани в туморите, Таблица I (21,58–72) илюстрира промените, наблюдавани в генната експресия и ензимната активност, свързани с пътя на биосинтеза на хема на различни туморни тъкани в сравнение с нормалната тъкан. Предоставените данни могат по-нататък да се използват ръководство, помагащо за решението кои видове тумори могат да покажат подобрени хирургически резултати чрез използването на 5-ALA-медиирана PpIX флоресценция.

Таблица I.

Промени в ензимната активност и генната експресия на ензимите, участващи в пътя на биосинтеза на хема в различни туморни тъкани.

Таблица I.

Промени в ензимната активност и генната експресия на ензимите, участващи в пътя на биосинтеза на хема в различни туморни тъкани.

[i] ALAS, 5-аминолевулинова киселина синтаза; PBGD, порфобилиноген деаминаза; UROD, уропорфириноген III декарбоксилаза; FECH, ферохелатаза.

Succinyl-CoA, един от двата изходни материала на биосинтеза PpIX/хем, е метаболит, получен в цикъла на трикарбоксилната киселина (TCA). За да се предотврати натрупването на метаболити от TCA цикъла, както и на митохондриалния NADH, е установена връзка между метаболизма на глюкозата, TCA цикъла и биосинтеза на хема (73). Това означава, че Succinyl-CoA, метаболит, произведен в TCA цикъла, участва в първата стъпка от биосинтезата на PpIX/heme.

В плазмената мембрана, ATP-свързващото касетно подсемейство G член 2 (ABCG2), транспортер, играе най-важната роля при транспортирането на PpIX. Проучванията показват, че повишената активност на ABCG2 намалява вътреклетъчното ниво на PpIX след 5-ALA стимулация, а клетъчните линии с висока експресия или активност на ABCG2 често показват намалена флуоресценция на 5-ALA-PpIX (84,85). Robey et al (84) посочват, че използването на ABCG2 транспортни инхибитори би повишило 5-ALA-PpIX флуоресценцията.

Флуоресцентни багрила, насочени към биомаркер

Няколко NIR флуоресцентни багрила са разработени и включени, например с антитела (86,87), наночастици (88) или капсулирани в наноматериали (89,90), за да се използват като контрастни вещества за молекулярно изобразяване на различни тумори (4). Изследователите са установили, че повишените нива на протеин за активиране на фибробластите (FAP) в стромалните фибробласти са свързани с агресивни видове рак (91–95). FAP е слюнчен гликопротеин тип II със способността да разцепва биологични пептиди, включително колаген и протеолитични ензими, и играе централна роля в агресивността на солидните тумори. FAP се изразява в стромални фибробласти на няколко вида рак, но не и в здрава тъкан; използва се като туморен маркер, който привлича все по-голямо внимание (91,96). Rüger et al (90) свързват анти-едноверижен променлив фрагмент, насочен срещу фрагменти на FAP антитела, към угасени липозоми, което се превръща в ново флуоресцентно диагностично контрастно багрило, наречено anti-FAP-IL. Използвани са анти-FAP-IL антитела, за да се гарантира специфичността и флуоресцентното изобразяване на FAP експресионни клетки и туморни мускулни фибробласти при мишки при ксенотрансплантация (96).

Въглехидратният антиген 19.9 (CA19.9) е лиганд на епителни молекули на адхезия на левкоцити и свръхекспресията му е установена при някои злокачествени заболявания, както и при някои не-злокачествени състояния (97–101). CA19.9 е привлекателна цел за изобразяване на панкреатичен дуктален аденокарцином (PDAC), поради високата си експресия върху тумори, в сравнение със здравата панкреатична тъкан (102, 103). Използването на CA19.9 като биомаркери за PDAC доведе до идентифициране на няколко антитела, включително характеризиране на напълно човешкото моноклонално антитяло 5B1, което се свързва с извънклетъчните епитопи на CA19.9 с нисък наномоларен афинитет (104-106). Така Houghton et al (107) генерират три модулни инструмента, включително 89 Zr-ss DFO-5B1, ss FL-5B1 и 89 Zr-s dual-5B1. Тези модулни инструменти могат да се насочат към CA19.9, който е важна молекула при инвазия и метастази на много видове рак, включително PDAC (103). Резултатите разкриха, че трите оценени модулни инструмента показват отлично усвояване в CA19.9 положителния ксенографски модел на PDAC, което показва, че всеки от тях вероятно ще подобри степента на откриване на тумор на пациенти с PDAC (107).

Флуоресцентните златни наночастици, синтезирани от Li et al (108), се свързват с диатризоена киселина и нуклеолин-насочен AS1411 аптамер. Това е тип насочена към флуоресценция сонда, насочена към аптамер. Освен че осигурява видима флуоресценция за откриване, сондата също така показва висока водоразтворимост, добра биосъвместимост и силно рентгеново затихване, използвано в усилването на контраста на компютърна томография (КТ). Сондите се инжектират интравенозно в мишки, носещи тумор CL1-5 и се извършват експерименти за откриване, които включват CT изображения и откриване на флуоресценция 30 минути след инжектирането. Резултатите демонстрираха, че флуоресцентни конюгати на наночастици, използвани като молекулярни образни средства за индикация на местоположението на тумора чрез CT изображения, могат лесно да бъдат наблюдавани на CT изображения с невъоръжено око (108).

Цистеиновата протеаза е друг биомаркер, който е силно регулиран в туморните клетки и заобикалящата матрица на туморните поддържащи клетки при множество видове рак (109). Флуоресцентните контрастни вещества, които могат да бъдат полезни за динамичен мониторинг in vivo и използвани като образни контрастни вещества за FGS, могат да подобрят степента на откриване на тумори (110). Изследователите са проектирали и синтезирали поредица от NIR флуоресцентни сонди, използвайки латентния лизозомотропен ефект за насърчаване на клетъчното задържане на протеазно активиране. Тези сонди показват специфично за тумора задържане, кинетика на бързо активиране и бързо разпределение на системата. Освен това те могат да се използват за откриване на множество видове рак, включително рак на гърдата, дебелото черво и белия дроб (110).

Заключения

Таблица II.

Сравнение на три различни базирани на флуоресценция багрила.

Таблица II.

Сравнение на три различни базирани на флуоресценция багрила.

• Диета и упражнения след операция за коронарен артериален байпас, преглед и призив
• Форум за козметична хирургия; Практичен
• Хирургия за очни цветове Плюсове, минуси; Безопасност NVISION Очни центрове
• Процес на възстановяване на хирургия на клепачите, съвети; снимки - ИДОБОЛНИЦА
• Козметична хирургия Хранене и диета след липосукция Диета или диета на корема - Четвърта част - Д-р