Pregledni œlanki - Review Articles Osnove in moænosti fotodinamiœnega zdravljenja Basic Principles and Potentials of Photodynam Principl Therapy Boštjan Japelj, Slavko Pecar Photodynamic Povzetek: Fotodinamiœno zdravljenje je zdravljenje z uporabo vidne ali bliænje infrardeœe svetlobe, ki aktivira fotosenzibilizator in povzoœi nastanek singletnega kisika, ki poøkoduje okoliøno tkivo. Do lokalno omejenih uœinkov prihaja samo na podroœjih, ki jih osvetlimo s svetlobo ustrezne valovne dolæine. Uœinkovine, ki se uporabljajo kot fotosenzibilizatorji, morajo biti sposobne aktivirati kisik preko prenosa elektrona ali prenosa energije. Kljuœne besede: fotodinamiœno zdravljenje, fotosenzibilizator, prenos elektrona, prenos energije, singletni kisik Abstract: Photodynamic therapy is the treatment by the use of visible or near infrared light, which activates the photosensitizer and forms singlet oxygen. Singlet oxygen then causes damage to the living system. Photodynamic therapy is localized, as treatment is achieved only in the areas which are illuminated by the light of certain wavelength. Drugs which are used as photosensitizers activate oxygen by the mechanism of electron or energy transfer. Keywords: photodynamic therapy, photosensitizer, electron transfer, energy transfer, singlet oxygen 1 Uvod Ko v vsakdanjih pogovorih uporabljamo pojem “zdravljenje” (terapija), ga le redko uporabljamo v njegovem najøirøem pomenu. Pojem obsega vse postopke, procese, naœine in posege v organizem ali v njegovo okolico, ki vodijo do ozdravitve ali do izboljøanja stanja. Najœeøœe mislimo le na uporabo zdravil in na zdravilne uœinkovine razliœnih farmakoloøkih uœinkov (farmakoterapija) kot njihove bistvene sestavine. Redkeje pomislimo, da so zdravljenje tudi kirurøki posegi, obsevanja z rentgenskimi æarki, obdelava s toploto (hladom), nadzorovana in usmerjena fiziœna aktivnost itd. V zdravilne namene tako uporabljamo bodisi snovi (zdravilne uœinkovine) ali ustrezne posege z doloœeno obliko energije (obsevanje z elektromagnetnim valovanjem razliœnih valovnih dolæin itd.), ker se æiv organizem odziva tako na vnos snovi kot na vplive razliœnih energij. Farmacevtska stroka je v stalnem in neposrednem stiku z zdravilnimi uœinkovinami in zdravili. V preglednem œlanku bomo z namenom øiritve strokovnega obzorja, predstavili osnovne za razumevanje manj znanega fotodinamiœnega zdravljenja (photodynamic therapy), moænosti tega zdravljenja in razumevanje delovanja uœinkovin, ki jih pri tem uporabljamo. Uporaba elektromagnetnega valovanja v zdravilne in diagnostiœne namene je æe uveljavljena metoda od odkritja æarkov X (Röntgen) in od odkritij æarkov a, b in g dalje. Uporaba svetlobe daljøih valovnih dolæin (ultravijoliœna - UV in vidna svetloba – VS) se v terapiji pojavi kasneje. Izkoriøœanje UV in VS v zdravilne namene strokovna literatura obravnava na treh ravneh. Najøirøe podroœje zajema pojem “fototerapija”, ki pomeni uporabo ultravijoliœne (UV), vidne in bliænje infrardeœe svetlobe (IR) za zdravljenje bolezni, npr.: neonatalne hiperbilirubinemije (1). Nekoliko oæje podroœje pokriva pojem “fotokemoterapija”, ki pomeni uporabo UV, vidne in bliænje IR svetlobe skupaj s fotosenzibilizatorjem (fotokemoterapevtsko snovjo) za zdravljenje bolezni, npr.: fotokemoterapija psoriaze in drugih koænih bolezni (2,3,4,5,6). Pri fotokemoterapiji z zunanjim energetskim vplivom (svetloba ustrezne valovne dolæine) pozroœimo na uœinkovini (fotosenzibilizator), ki se po aplikaciji porazdeli po telesu, kemiœne spremembe, ki jih izkoriøœamo v terapevtske namene. Do teh sprememb in do zdravilnega uœinka prihaja samo na podroœjih, ki jih osvetlimo s svetlobo ustrezne valovne dolæine, kar pomeni, da s fotokemoterapijo dosegamo povrøinsko omejene uœinke. Najoæje podroœje uporabe svetlobe za zdravljenje opisuje pojem “fotodinamiœno zdravljenje”, kjer uporabljamo vidno ali bliænje IR svetlobo skupaj s fotosenzibilizatorjem in izkoriøœamo prisotnosti molekularnega (tripletnega) kisika v tkivu (7). Tripletni kisik (3O2) je obiœajna oblika kisika in je sestavina atmosfere. Ker je razporeditev elektronov v zadnji razvezni orbitali takøna, da sta v molekuli dva elektrona z istosmernim spinom, je 3O2 biradikal (8). Tak kisik zelo poœasi reagira z organskimi spojinami, izredno hitro pa z radikali. Pri interakciji svetlobe in fotosenzibilizatorja v prisotnosti tripletnega kisika, se energija absorbirane svetlobe uporabi za pretvorbo 3O2 v energetsko bogatejøo obliko - singletni kisik (1O2), to je oblika kisika, Boštjan Japelj, mag. farm., Kemijski inštitut, Hajdrihova 19, 1001 Ljubljana, prof. dr. Slavko Pecar, mag. farm., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, Aškerceva 7, Institut Jožef Stefan, Jamova 39, 1000 Ljubljana farm vestn 2006; 57 131 Pregledni œlanki - Review Articles kjer sta elektrona v zadnji razvezni n" orbitali v paru. Singletni kisik zato zlahka reagira z vecino organskih spojin in jih oksidira. Pri fotodinamicni terapiji na mestu, kjer foton svetlobe zadene molekulo fotosenzibilizatorja, nastaja 102, ki poškoduje okolišno tkivo. Na teh poškodbah okolišnega tkiva temelji zdravilni ucinek, ki ga izkorišcamo pri fotodinamicni terapija kožnega in nekaterih drugih oblik raka (9). Pri fotodinamicnem zdravljenju gre za kombinacijo snovnega posega (sistemska aplikacija fotosenzibilizatorja) in obsevanja samo dolocene površine organizma: površine kože, žile, mrežnice. Na ta nacin uspešno rešujejo enega temeljnih problemov kemoterapije: kako doseci ucinek samo v dolocenem predelu telesa. Sodobna tehnologija omogoca svetlobne vire z ustreznimi valovnimi dolžinami (razlicne energije) in ustrezno gostoto energije, ter uporabo opticnih vodil, s katerimi snop svetlobe usmerjamo na izbrano mesto. Sintezno lahko pripravimo fotosenzibilizatorje, ki absorbirajo v razlicnih podrocjih valovnih dolžin in imajo razlicne fizikalno-kemicne (porazdelitvene) lastnosti. Z optimizmom lahko pricakujemo, da bo fotodinamicno zdravljenje raka na koži in na nekaterih drugih organih (prostata, pljuca, prsi, požiralnik) kmalu dobilo ustrezno mesto med drugimi “klasicnimi” terapevtskimi pristopi (10). Posredni dokaz za omenjeno trditev so mnogi fotosenzibilizatorji, ki so bodisi že v uporabi ali pa so v razlicnih stopnjah klinicnega preizkušanja (7). S samim principom fotodinamicnega ucinka se nehote srecujemo vsako leto. Zarad nekaterih dodatkov v hrano (predvsem barvila) in nekaterih naravnih spojin (fotosenzibilizatorji), ki se kopicijo v podkožju, pride na s soncem obsevanih delih kože do znacilnih izpušcajev, ki jih zarad poenostavitve problema obravnavajo kot alergicno reakcijo na sonce. Omenjene lastnosti pa se pojavljajo tudi pri zdravilnih ucinkovinah, saj podrobnejši pregled postreže s podatki, da so nekatere ucinkovine fototoksicne. Te na obsevanih delih kože povzrocajo neugodne reakcije, primarno zaradi lokalnega nastajanja 102. Temelji fotodinamiœnega zdravljenja 2 ljenja Molekula snovi lahko absorbira elektromagnetno valovanje ustrezne valovne dolžine. Pri absorpciji pride do prehoda v energetsko bogatejša rotacijska, vibracijska ali elektronska stanja (11, 12) Absorpcija svetlobe v UV in vidnem delu spektra povzroca prehode elektronov, ce energija fotona ustreza energetski razliki med osnovnim in vzbujenim stanjem. Foton svetlobe z doloceno energijo (E= hv, kjer je h Planckova konstanta, v pa je frekvenca elektromagnetnega valovanja) interagira z molekulo substrata v osnovnem stanju (S0) in povzroci prehod elektrona iz vezne al nevezne orbitale v orbitalo z višjo energijo, v organskih molekulah najveckrat v razvezno orbitalo. Takšno vzbujeno stanje ima lahko za posledico dve elektronski konfiguraciji z razlicno spinsko multipliciteto, ki je definirana kot 2S+1, pri cemer je S celoten spin sistema (slika 1.) Verjetnost prehoda med osnovnim in vzbujenim stanjem podaja molarni absorptivnostni koeficient. Povezan je s površino pod absorpcijsko krivuljo, vendar se veckrat uporablja vrednost emax. Malo verjetnim prehodom pravimo “prepovedani”. Na dovoljenost al prepovedanost elektronskega prehoda vplivajo spin, prostor, simetrija, gibalna kolicina in vrtilna kolicina (7) 0) C osnovno singletno vzbujeno singletno stanje S0 stanje S, 2S+1 2[(+1/2)+(-1/2)]+1=1 2[(+1/2)+(-1/2)]+1=1 vzbujeno tripletno stanje T, 2[(+1/2)+(+1/2)]+1=3 Slika 1. Spinska multipliciteta osnovnega (singletno stanje S0) in vzbujenih (singletno S1 in tripletno T1) stanj. Figure 1. Spin multiplicity of the ground (singlet state S0) and excited (singlet state S1 and triplet state T1) states. Molekula v vzbujenem stanju lahko a) odda foton (seva svetlobo) in se vrne v osnovno stanje, b) preide v drugo (vzbujeno) stanje. Pretvorbo med stanjema z enako multipliciteto imenujemo interna konverzija: npr. prehod iz singletnega stanja prvega nivoja v enega od višjih vibracijskih nivojev osnovnega singletnega stanja S^S0. Prehod v stanje z razlicno multipliciteto pa imenujeno medsistemsko križanje (intersystem crossing (i.s.c.)) npr. prehod: T^Tr c) vstopi v kemijsko reakcijo: npr. fotoionizacija, fotoadicija, fotociklizacija. d) prenese energijo vzbujenega stanja na drugo molekulo. Emisijo fotona iz vzbujenega singletnega stanja imenujemo fluorescenca, iz tripletnega stanja pa fosforescenca. V obeh primerih vzbujena molekula preide v osnovno stanje S0, izsevana svetloba pa ima daljšo valovno dolžino kot absorbirana. Ker je fosforescenca prepovedan prehod (T^S0), je življenjska doba tripleta daljša (v ms obmocju). Pri fluorescenci (dovoljen prehod, npr. S^S0) pa je življenjska doba vzbujenega stanja bistveno krajša (< /is). Zarad daljše življenjske dobe tripleta je ta pomembnejši pri fotokemicnih reakcijah. Na sliki 2 (Diagram Jablonskega) so shematsko prikazan dovoljeni in prepovedani prehodi Molekula, ki se prvotno nahaja v stanju S0, lahko absorbira foton in preide v vzbujeno elektronsko stanje (S1 ali S2na sliki 2). Molekula v vzbujenem stanju je izpostavljena trkom s sosednjimi molekulami. Na ta nacin oddaja energijo in prehaja v nižje vibracijske nivoje vzbujenega elektronskega stanja (vibracijska kaskada na sliki 2) Prehodi med vibracijskimi nivoji so neradiacijski prehodi in potekajo dokler molekula ne pride v najnižji vibracijski nivo (v=0) vzbujenega elektronskega stanja. Emisija potece iz najnižjega vzbujenega stanja. Prehod Sq-T je strogo prepovedan, lahko pa potece prehod v obratni smeri. Z medsistemskim križanjem lahko namrec preide 132 farm vestn 2006; 57 Osnove in možnosti fotodinamicnega zdravljenja f vibracijska fluo rescenca absorpcija -1 3*8 - 10-15s fosforescenca O v / -103s legenda: --------»- radiacijski prehodi (absorpcija in emisija) .»•n/n/v neradiacijski prehodi i.k. interna konverzija med stanjema z enako multipliciteto i.S.C. medsistemsko križanje med stanji z razlicno multipliciteto Slika 2. Modificiran diagram Jablonskega shematiœno prikazuje energije razliœnih stanj molekule. Elektronski ekscitacijski nivoji so dodatno razdaljeni v veœ vibracijskih nivojev, ti pa øe dodatno na rotacijske podnivoje, ki pa na sliki niso prikazani. Figure 2. Modified Jablonski diagram schematicaly shows the energies of different states of the molecule. Electron excitation levels are additionaly devided into several vibrational and rotational sublevels (rotational sublevels are not depicted). molekula iz S1ÆT1n stanje in z deaktivacijo v T10. Prehod S1ÆT1 je sicer formalno prepovedan, lahko pa se zgodi v doloœenih primerih (benzofenon), ker gre za prehod v energetsko niæje stanje. Prehod iz T10 v S0 je moæen iz podobnega razloga kot pri medsistemskem kriæanju, ki dopuøœa krøitev selekcijskega pravila. 2.1 Mehanizem fotodinamiœnega delovanja Ker je osnovno stanje molekule kisika (3O2) triplet, se ta pomembno razlikuje od drugih snovi, ki so v osnovnem stanju v obliki singleta. Œe privzamemo, da je tripletno stanje osnovno, potem ima molekula kisika øe dve vzbujeni stanji, ki sta energetsko bogatejøi: osnovno singletno stanje in vzbujeno singletno stanje (Razpredelnica I). Elektronsko stanje kisika. 1Sg+ (vzbujeni singlet) ima zelo kratko æivljenjsko dobo (manj kot ps) in zelo hitro preide v niæje singletno stanje, 1Dg. Na sliki 3 je primerjalno prikazana razvrstitev elektronov v molekuli duøika (N2) in kisika (O2). Dva elektrona z istosmernim spinom v razliœnih orbitalah sta razlog, da je tripletni kisik pri obiœajnih pogojih relativno neaktiven do veœine organskih spojin. Pri spajanju kisika s temi spojinami, bi moralo priti do spremembe spina enega elektrona, kar pa je kvantnomehansko prepovedan dogodek. 2p7t{ 2pa }2p7i 2po 2s atom 1 2s N2 302(%) '02(\) 'o2(V> — +-,+- tt,- 4f tUi Uli fill till ^ ^ ^ f TT TT IT IT 4 4 4 4 atom 2 red vezi energija energija energija energija atomskih molekulskih atomskih dlsodaclje orbital orbital orbhal vezi rkj/mo 3 2 941 493.5 (kj/mol) magnetizem dia para Slika 3. Elektronske konfiguracije molekule tripletnega kisika (3O2) in molekule singletnega kisika (1O2) v osnovnem (1Dg) in vzbujenem (1Sg+) stanju v primerjavi z molekulo duøika (N2). Na levi je prikazan energetski diagram molekulskih orbital, ki bi ga dobili s prekrivanjem atomskih orbital obeh atomov, ki tvorita molekulo duøika in kisika, z metodo LCAO (linear combination of atomic orbitals) kot pribliækom za kemijsko vezavo. Na sliki niso prikazani øtirje elektroni, ki so v linearnih kombinacijah 1s orbital. Figure 3. Electron configurations of triplet oxygen (3O2) and singlet oxygen (1O2) molecule in gound (1Dg) and excited (1Sg+) state in comparison with nitrogen molecule (N2). On the left energy diagram of molecular orbitals is shown obtained as an overlap of atomic orbitals using LCAO (linear combination of atomic orbitals) approximation for chemical bonding. Four electrons in the linear combination of 1s orbitals are not shown in the picture. farm vestn 2006; 57 133 Pregledni œlanki - Review Articles Razpredelnica I. Energije in æivljenjske dobe stanj O2 (7) Table I. Energies and lifetimes of different states of O2 (7). oznaka stanja Ime relativna æivljenska doba energija v sekundah (kJ/mol) v kondenzirani fazi 1Sg+ vzbujeno singletno stanje - 155 <10-9 s 1Dg osnovno singletno stanje singletni kisik, 1O2 94 ~10 ms 3Sg- osnovno tripletno stanje kisik, 3O2 0 • Kot primer navajamo fotokemiœni nastanek radikala, ki sproæi lipidno peroksidacijo v tkivu in prenos elektrona na kisikovo molekulo. Pri lipidni peroksidaciji nastali primarni radikal odvzame H iz nenasiœenega lipida, alilni radikal je resonanœno stabiliziran in po reakciji s tripletnim kisikom nastane peroksilni radikal, po pritegnitvi vodikovega iona pa dva moæna peroksida (shema 2) (13). Poznamo dva mehanizma po katerih lahko svetloba v prisotnosti fotosenzibilizatorja in kisika sproæi kemijsko reakcijo v substratu in poøkoduje tkivo: tip1 in tip 2 (7). Globina do katere sega svetloba je odvisna od njene valovne dolæine (Razpredelnica II). Razpredelnica II. Globina do katere sega svetloba razliœnih valovnih dolæin Table II. The depth of penetration of light of different wavelenghts. valovna dolæina (nm) globina (mm) 400 500-550 630-650 cca 2,2 cca 3,5 do 20 2.1.1 Tip 1 - prenos elektrona Vzbujeno stanje fotosenzibilizatorja povzoœi nastanek radikala zaradi prenosa elektrona iz substrata ali na substrat, oziroma zaradi izgube vodika. Nastali radikal reagira s 3O2 molekulo, kar vodi do nastanka reaktivnih kisikovih intermediatov (superoksidni ali peroksidni ioni), ki napadejo celiœne tarœe. Reakcija je formalno gledano fotokemijsko sproæena oksidacija (shema 1): Shema 2 2.1.2 Tip 2 – prenos energije Po tem mehanizmu se energija za vzbujanje elektronov prenese iz senzibilizatorja v tripletnem stanju na tripletni kisik, pri œemer senzibilizator in kisik preideta v singletno stanje. S pomoœjo obsevanja ustreznih senzibilizatorjev lahko s pomoœjo elektronske ekscitacije nastaja singletni kisik, kar je najpomembnejøa reakcija pri fotodinamiœni terapiji. Fotosenzibilizator je torej posrednik, ki energijo svetlobe (fotona) preko lastnih vzbujenih stanj prenese na molekulo tripletnega kisika, pri tem pa nastaja singletni kisik (1O2) (shema 3). Senz (S0) h n? Senz (S1) i.s.c? Senz (T1) Senz (T1) + 3O2-----------------^- Senz (S0) + 1O2 bioloøka molekula + 1O2--------------------^- produkti Shema 3. Nastajanje 1O2 iz 3O2 s posredovanjem vzbujenega fotosenzibilizatorja. Scheme 3. Formation of 1O2 from 3O2 in the presence of photosensitizer in the excited state. Senz hn Senz* Senz* + A prenos e- » Senz •+ + A •- * prenos H w • • Senz + AH2---------------? SenzH + (AH) (AH)• + 3O2----------------- AH-OO• -produkti Shema 1. Nastajanje reaktivnih kisikovih intermediatov po zajetju fotona na molekuli fotosenzibilizatorja (Senz). Senz* je vzbujeno stanje senzibilizatorja, Senz.+, je kationski radikal senzibilizatorja, A.- anionski radikal substrata. Pogoj, da senzibilizator lahko posreduje pri nastajanju 1O2 je, da je energija (vbujeno stanje senzibilizatorja) veœja od 94 kJ/mol (energija singletnega kisika nad osnovnim tripletnim stanjem). Fotokemiœna uœinkovitost, s katero razliœni fotosenzibilizatorji tvorijo 1O2, je kvantni izkoristek (quantum yield), , ki je definiran kot: f p dukta=(øt. molekul produkta v sekundi v mL)/(øt. fotonov, ki se absorbirajo v sekundi v mL) Kvantni izkoristki za nekatere fotosenzibilizatorje so v razpredelnici II (14). 134 farm vestn 2006; 57 Osnove in možnosti fotodinamicnega zdravljenja Razpredelnica III. Kvantni izkoristki nekaterih fotosenzibilizatorjev. Table III. Quantum yields of certain photosensitizers. Skupina Fotosenzibilizator Topilo A. splošni ^A Akridin C6H6 0,83 Benzofenon C6H6 0,35 B. porfirini in sorodne spojine porfirin CCl4 0,75 Tetrafenilporfirin C6H6 0,66 C. ftalocianini Mg kompleks ftalocianina C6H5N 0,40 3 Zdravilne uœinkovine pri fotodinamiœni terapiji Uœinkovina, ki je kot fotosenzibilizator uporabna v fotodinamiœni terapiji, mora zadoøœati naslednjim pogojem: a) imeti mora kromofor, ki absorbira v vidnem ali bliænjem infrardeœem delu spektra, b) œe fotosenzibilizator posreduje pri nastajanju 1O2, mora molekula senzibilizatorja preiti v tripletno stanje z medsistemskim kriæanjem, energija tripletnega stanja senzibilizatorja (ET) mora biti nekoliko veœja od 94 kJ/mol (energija singletnega kisika nad osnovnim stanjem). c) prenos energije Senz(T1) Æ 3O2 mora biti uœinkovit, d) v primeru spojin, ki agregirajo, je monomerna (neasociirana) oblika bolj fotodinamiœno uœinkovita (7). Razlikovanje med tipom I in II je teæavno. Problem je v analitskih metodah, ki niso dovolj zanesljive in v øtevilnih dejavnikih (topilo, substrat, valovna dolæina), ki lahko vplivajo na mehanizem, po katerem bo fotosenzibilizator reagiral. Mnogi reagirajo po obeh mehanizmih (7). 2.2 Reaktivnost 1O2 Singletni kisik obiœajno ni prisoten v naravi, ker takoj reagira z organskimi spojinami (15,16,17). Reagira tako, da: - se adira na nenasiœene spojine, npr. na maøœobne kisline pri œemer v eni stopnji nastane hidroperoksid (shema 4): V OOH Shema 4. Velik del poøkodb tkiva pri fotodinamiœni terapiji gre preko oksidacij nenasiœenih maøœobnih komponent bioloøke membrane in s tem povezanega propada celic. - da reagira kot elektrofil, ki napada alkene bogate z elektroni. Z 1,3 dieni reagira kot dienofil po Diels-Alderjevi reakciji. S staliøœa toksiœnosti (uœinkovitosti) je pomembna reakcija 1O2 s purinskimi bazami (gvanin) in aminokislinami (Trp, His, Met …), ki nepopravljivo poøkoduje DNA oziroma prizadene funkcionalne lastnosti nekaterih encimov. Zaradi moænih øtevilnih interakcij v bioloøkem sistemu, je æivljenjska doba singletnega kisika 0,01-0,04 ms z difuzijsko potjo med 0,01-0,02 mm (38). 3.1 Generacije fotosenzibilizatorjev Fotosenzibilizatorje, ki posredujejo pri nastajanju aktivirane oblike kisika, delimo v tri generacije: - v prvi generaciji so derivati hematoporfirina in sorodne spojine; - v drugi generaciji so fotosenzibilizatorji, razviti iz porfirinov z veœjo uœinkovitostjo in selektivnostjo; - v tretji generaciji so fotosenzibilizatorji, ki so øe v razvojni fazi, in so kovalentno vezani na doloœena monoklonska protitelesa, s œimer bi lahko dosegli izredno prostorsko selektivnost nastajanja 1O2. Glede na strukturo lahko fotosenzibilizatorje razdelimo v naslednje skupine: - porfirini, - klorini in bakterioklorini, - ftalocianini in naftalocianini, - drugi fotosenzibilizatorji: cianinska barvila, razøirjeni kinoni, fenotiazini, ksanteni, porficeni, skvarini, teksapirini, konjugirani fotosenzibilizatorji (7). 3.2 Porfirini Porfirini, klorini in ftalocianini imajo kot fotosenzibilizatorji pri fotodinamiœni terapiji tri pomembne prednosti (18,19): - dobro absorbirajo v vidnem delu spektra vsled œesar je potrebno le malo materiala, - so stabilni (aromatska stabilnost) na svetlobi in - nizko toksiœnost v temi. Porfirini in klorini so trenutno najbolj obetajoœe fotosenzibilirajoœe uœinkovine druge generacije. Osnovni skelet je hidrofoben. Za poveœanje topnosti v vodi uvajamo v molekulo dodatne sulfonske, karboksilne in hidroksilne funkcionalne skupine. Pridobivajo jih iz hemoglobina, s popolno sintezo in z manipulacijo biosintezne poti sinteze protohema. farm vestn 2006; 57 135 Pregledni œlanki - Review Articles Porfirinski sistem je planaren in aromatiœen 18-m elektronski sistem s premerom 0,88 nm. V notranjosti ima øpranjo s premerom 0,42 nm kamor se lahko veæejo razliœni kovinski ioni (slika 4). Za fotodinamiœno terapijo so primerni kompleksi z relativno dolgo æivljenjsko dobo z Al3+ ali Zn2+. 0.88 nm Slika 4. Porfirinski sistem. Figure 4. Porphyrin system. 3.2.1 Porfini iz hemoglobina Pridobivajo jih iz krvi, ki ji dodajo heparin za prepreœitev koagulacije. Sledi hemoliza in centrifugiranje. Hemoglobin nato kristalizirajo. Protohemin (ali krajøe hemin) alternativno pridobijo z dodatkom ocetne kisline in NaCl œemur sledi kristalizacija (shema 5) (20, 21). protohairin hematoporfirin deuteroporfirin [R=CH,CH,COOH) Shema 5. Protohemin, hematoporfirin in deuteroporfirin sluæijo kot najpogostejøe zaœetne spojine za sintezo fotodinamiœnih senzibilizatorjev iz hemoglobina (7) 3.2.2 Manipulacija biosintezne poti sinteze hema Zanimiv pristop je endogeni nastanek protoporfirina z dodajanjem prekurzorjev, ki so vkljuœeni v naravno pot sinteze porfirina (22, 23) Kontrolni mehanizem biosintezne poti je koncentracija protohema, ki po sistemu povratne zveze vpliva na aktivnost encima ALA sintaza in na ta naœin regulira koliœino 8-aminolevulinske kisline (8-ALA). Œe dodamo 8-ALA (NH2CH2COCH2CH2COOH) v organizem, lahko na ta naœin pospeøimo biosintezo porfirinogenov in protoporfirina. Ta metoda se je izkazala predvsem pri zdravljenju nekaterih povrøinskih tumorjev. Dokazano je tudi, da s pripravo alkilnih estrov (npr. heksiln ester 8-ALA) izboljøamo penetracijo skozi membrane 3.3 Klorini in bakterioklorini Klorini so b-dihidroporfirini, bakterioklorini pa b-tetrahidroporfirini. b-dihidroporfirini imajo samo enega predstavnika-klorin, znotraj skupine b-tetrahidroporfirinov pa loœimo izobakterioklorin in bakterioklorin. Obstaja tudi b-heksahidroporfirin (shema 6). izobakterioHorin bakterloHorln 0-heteahldroporflrln Shema 6 Vse spojine lahko prehajajo v porfirin s poœasno avtooksidacijo. Dehidrogenacijo pospeøimo z dodatkom kinonov. Ta skupina spojin ima zelo pomembno vlogo v bioloøkih sistemih. Kot se da sklepati æe iz imena, je klorin kromofor klorofila a in klorofila b (7, 24). Bakterioklorin je kromofor bakterijskega fotosintetskega pigmenta bakterioklorofila a. Izobakterioklorin je intermediat v sintezi vitamina B12, njegov æelezov kompeks sirohem pa je prostetiœna skupina v sulfitnih in nitritnih reduktazah rastlin in bakterij. Spojine, ki spadajo v to skupino lahko dobimo na dva naœina: z izolacijo in modifikacijo naravnih spojin ter s popolno sintezo. 3.3.1 Klorini in bakterioklorini, ki jih prodobimo iz naravnih virov Eden izmed najpomembnejøih fotodinamiœnih fotosenzibilizatorjev, ki so izvedeni iz klorofila je monoaspartil klorin e6 (MACE=monospartyl chlorin e6) (35). Njegova prednost je v tem, da ima kratko dobo foto-senzibilizacije. Uporabljajo ga pri zdravljenju ponavljajoœih se adeno-karcinomov prsi, karcinomov bazalnih celic in karcinomov v koæi. 3.3.2 Sintezni klorini in bakterioklorini Obstajata dve glavni poti sinteze klorinov in bakterioklorinov: redukcija z natrijem v pentanolu in reakcija z diimidom (NH=NH). Diimid nastane in situ iz p-tozil hidrazida, kalijevega karbonata in piridina. Klorin in bakterioklorin dobimo z redukcijo m-THPP (m-THPP Æ m-THPC Æ m-THPBC) (shema 7): 5,10,1 G,20-M«Bl S2o (derivati kjer sta sulfonski skupini na dveh sosednjih obroœih so aktivnejøe od derivatov, kjer sta sulfonski skupini na nasprotnih obroœih), prav tako pa pada v seriji S2> S1> S3> S4 (disulfonske kisline so bolj uœinkovite kot mono-, tri- in tetrasulfonske kisline). Sposobnost agregacije naraøœa v seriji S4