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应用荧光光谱技术对光动力学治疗过程中光敏剂含量的监测

李晓松  
【摘要】: 目的:拟建立一套光动力学治疗(Photodynamic therapy,PDT)过程中光敏剂荧光光谱采集与分析系统,并利用此系统监测不同体系内光敏剂含量变化和光漂白产物的生成情况;进一步应用数学模型仿真的方法分析光敏剂含量变化的规律以及光敏剂在生物组织内的分布情况。 方法:首先研究了血卟啉单甲醚(Hematoporphyrin monomerthyl ether,HMME)的光谱特性,并比较不同激发波长对其荧光探测的影响。Nd:YAG倍频532 nm激光被选作荧光激发光源,应用光学多通道分析仪(Optical Multichannel Analyzer,OMA)采集生理盐水溶液中HMME的荧光光谱,并用光谱分析方法分析,将分析结果与使用荧光分光光度计测量得到的结果进行对比,以验证此系统的可靠性。后续的研究中,利用此系统分别对PDT过程中光敏剂的含量变化进行监测。532nm激光作为荧光激发光源,同时作为PDT的照射光源,研究对象分别为:(1)生理盐水溶液中HMME:浓度分别为1、10、25μg/ml,激光功率密度100 mW/cm~2;(2)BALB/c小鼠背部皮肤组织内HMME:尾静脉的推注剂量为10 mg/kg,激光功率密度50 mW/cm~2;(3)鲜红斑痣患者病变区内PsD-007:静脉给予的剂量为4-5 mg/kg,激光功率密度80-100 mW/cm~2。光敏剂荧光光谱经光谱分析与处理,得到光敏剂荧光及光漂白产物随时间变化的曲线图。利用数学仿真对得到的结果进行了进一步的深入分析,建立溶液体系内光漂白预测曲线,分析光敏剂含量变化的影响因素;根据构建的数学模型,确定了光敏剂的组织分布情况。 结果:(1)使用532 nm激光作为OMA系统的荧光激发光源较405 nm更具有优势,HMME浓度1-25μg/ml之间时,光敏剂浓度与其荧光强度具有良好的线性关系,使用本系统所得到的结果与使用荧光分光光度计所得的结果一致。(2)HMME浓度10μg/ml的光漂白速率快于1μg/ml;在HMME的光漂白过程中于639 nm处出现新的荧光峰;在0-45 min时段内,自体背景变化不大,在45-90 min时段内,其强度持续增强,照光结束时增至原强度的3倍;通过数学仿真建立HMME光漂白的预测曲线,而且发现连续激光作用下的光敏剂漂白要稍快于准连续激光。(3)小鼠正常皮肤组织内的HMME含量呈单边下降的趋势,开始照光4 min后,荧光强度下降至初始时刻的50%,20 min时则下降至初始时刻的12%左右。数学仿真的结果与动物实验的结果吻合较好。通过对荧光来源的深入分析,确定光敏剂荧光主要来源于真皮浅层血管,来源于此组织的荧光强度较其周围真皮组织高2~3倍,较表皮组织高20多倍。(4)不同患者治疗区局部组织光敏剂PsD-007的荧光变化存在较大的个体差异,但是各病例均呈现先上升后降低的趋势,第一治疗区的最大荧光强度高于第二治疗区域,出现最高荧光峰的时间通常为治疗开始后的5~15分钟。 结论:(1)应用荧光光谱技术,采用PDT照射光源作为荧光激发光源,对PDT过程中光敏剂含量变化进行实时动态监测,以及利用数学模型仿真的方法研究复杂体系下的光敏剂含量分布与变化,方法简便、准确可靠;(2)HMME的光漂白是一个较复杂的过程,光敏剂初始浓度和激光输出方式等均会对其漂白速度产生影响,在其光漂白过程中伴有光漂白产物的生成,后者同样存在光漂白的现象。应用建立的光敏剂的光漂白预测曲线可以预测一定范围内已知初始浓度的光敏剂的光漂白过程。(3)本研究中数学仿真的结果提示,在小鼠皮肤组织中,HMME荧光的主要来源为真皮内浅层的血管,说明在PDT治疗良性微血管疾病的过程中,光敏剂主要位于微血管内,该结果为揭示PDT的微血管选择杀伤效应提供了有力的证据。(4)通过荧光手段监测鲜红斑痣患者光动力治疗时局部组织光敏剂荧光的变化情况可有效反映光敏剂含量的变化和光产物的生成情况,对于了解光动力反应的进行情况以及预测反应效果具有指导意义,并为制定个性化的光动力治疗方案以提高疗效提供依据。


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