生物分子的光动力学分析及其在医学诊断中的应用.pdfVIP

§l项目研究摘要 光学在生物医学中的应用研究已经取得了巨大的成功，并派生出许多新的交叉学科和 技术，例如光牛物学、激光医学、免疫荧光技术等。随着各个研究方向的逐步深入以及研究 成果的广泛应用，人们对光与牛物组织相互作用的过程、机理和产物研究提出了更高的要求， 在临床医学方面更是如此。在激光医学当中，光动力学疗法(PhotodynamicTherapy,PDT)已 成为现代生物医学及临床医学研究的重要课题，是目前治疗癌症以及其他一些=嗍十瘤疾病的 主要手段之一。 PDT的基本方法足，利用光敏分子调制的光敏剂通过静脉注射到患者体内，用特定波 长的激光照射病变区组织，光敏分子与病变组织细胞作用，产生很高化学活性的单态氧 (102’)和其他氧活性物质(ROS)，导致靶细胞氧化手u坏死。虽然PD-11已经被众多临床医 疗实践证明是一种行之有效的治疗方法，{日是，到目前为lJ．，由于有关PDT一些基本机制， 例如光敏分子的光动力特性等尚未完全清楚，因此，限制了PDT的应用范围。同时，也使 得对光敏分子的光动力过程进行详细、系统的研究变得十分重要。为此，国际学术界正在积 极地开展光动力作用下生物分子物性变化的研究。在这样的科学技术环境下，在临床医疗需 求不断增长的背景F，我们在研究该课题的同时，承担了上海市科委光科技行动计划项目 “生物分子的光动力学研究及其在医学诊断中的应用”基础研究课题。 本课题研究的日的在于，通过研究光敏分子的光动力过程，为PDT治疗疾病提供分子 光生物学方面的研究依据，为新型药物研究开发及其疗效判定方面、临床用药剂量及光照剂 量的选择方面提供基本的参考数据，促进光动力诊断治疗技术的发展。 本课题主要研究药物介导的光动力学方法，分二个研究内容，包括光敏分予的光谱学 特性、细胞对光敏分f的吸收特性以及光动力作Hj下细胞的形态变化。围绕这三个方面，首 先对光动力的发展历史、现阶段世界范围内的光动力技术应用以及临床应用当中提出的问题 作了较为全面详细的调查。 其次，在上海交通大学物理系分子光子学实验室建立丁光敏分子荧光定量检测系统以 及光敏剂分子一细胞光动力反应过程显微成像监测系统，在分子和尊细胞水平上，分别对光 动力作用下光敏剂的荧光光潜特性及可能产生的中间物质的荧光特征和受光敏化作用的细 胞在形态_}_=的变化过程进行研究。 最后，用光敏分了荧光定量检测系统评估了三种旧产卟啉类光敏分子的光谱特性、光 漂白特性、光漂自过程中光敏剂荧光谱结构的变化、荧光效率与光敏化效率之间的关系；用 光敏剂分子细胞光动力反应过程显微成像监洲系统研究了光敏剂在细胞中的分布情况以及 光动力作用F的细胞形态变化，分析r光敏分子在细胞生K过程中的显著光动力作用阶段。 通过上述研究，我们得到如下研究结果： ①本课题通过对光敏药物溶液的荧光光谱分析，提出利1}{j人血液在650hm处有特征荧 光峰这一特点，用该特钲荧光峰强度作为内标，在体外用荧光检测法实现实时监测光敏药物 血药含量的光学检测方法。该方法在原理上具有实时、快速和定量的特点，能够实现实时监 测每个病人的血药含量，为确定有效而安全的个体化治疗方案提供快速医疗反馈，在临床监 测和治疗过程中有』、。泛应用前景。 ②本课题研究从荧光量子产率角度证明同属于卟啉类的光敏分f，由于荧光系统的辐 射利非辐射驰豫是相互竞争的关系，荧光效率高则其光敏化效率(光毒作用)低。这一观点 对于药物初选、诊断类和治疗类药物的鉴选有很大帮助。 ⑧本研究发现并证实：溶液中的光敏分于存在两个光解(或漂白)途径，光漂白曲线 适合于用双降指数函数拟和。溶液中处于游离态的光敏分子漂白时间很短，而处于聚合态的 光敏剂分子漂白时间很K。该研究结果从基础研究角度定嚣地为临床治疗方案的确定和临床 治疗现象的解释提供了依据。 ④本研究发现，在光敏分子溶液光漂白后期，出现新的性特征峰，即产生新物质。这 种新的光解产物在光动力治疗后期起重要作用，有可能是光动力反应能量的直接提供者，或 者说新产物的含量多少决定光动力效率的高低。这一观点如粜被进一步的生物医学研究所证 实，将会对新型高效光动力药物的筛选、捉纯起到推动作用，同时将大大提高疗效、缩短临 床治疗时间。 ⑤本研究表明，细胞膜以及成膜物质对卟啉类光敏剂有强吸收作用，其强度人于细胞 核对光敏剂的吸收。并且光敏分子在细胞膜上的分布不是均匀的，在细胞分裂处，吸收有大 量的光敏。因此，细胞分裂的起始点是光动力作川的最有效部位。