СПОСОБ АКТИВАЦИИ ФОТОСЕНСИБИЛИЗАТОРА Российский патент 2011 года по МПК A61N5/06 A61K41/00 A61P35/00 

Изобретение относится к способу активации фотосенсибилизатора.

Фотосенсибилизаторы относятся к классам веществ, катализирующих продукцию активных форм кислорода в кислородосодержащей среде, в частности синглетного кислорода, при воздействии светового излучения. Как правило, в качестве фотосенсибилизаторов используют такие пигменты, как гематопорфирин и хлорофилл. В настоящее время эти вещества используют для ингибирования роста клеток, в частности для лечения таких заболеваний, как рак, вирусные инфекции, внутриклеточные паразитические инфекции, фиброз легких, гепатит, цирроз печени, хронический нефрит, артериосклероз и другие нарушения функций. Общепринятая практика при лечении заболевания реципиента состоит в начальном введении реципиенту приемлемого фотосенсибилизирующего пигмента, а затем ожидании в течение определенного периода времени, пока уровень фотосенсибилизатора не повысится до приемлемой величины в участке-мишени, который предполагают лечить, и, наконец, в облучении участка-мишени световым излучением из приемлемого источника светового излучения. Недостаток общепринятой практики состоит в достижении ограниченной избирательности, поскольку вводимые фотосенсибилизаторы также достигают секреторных органов, таких как печень, в такой же мере представляя риск в отношении этих органов. Затем необходимо выбрать источник светового излучения в соответствии с выбранным в качестве фотосенсибилизатора конкретным пигментом, где источник соответствует узкому диапазону спектра видимого светового излучения и обладает очень небольшой глубиной проникновения в ткань, составляющей 1-2 мм. Таким образом, вследствие поглощения светового излучения в ткани общепринятая практика может обеспечивать приемлемые результаты только для участков-мишеней, которые расположены неглубоко. Кроме того, еще один недостаток общепринятой практики состоит в том, что пациент должен ждать от 9 до 16 часов, пока в участке-мишени не будет достигнут приемлемый уровень фотосенсибилизатора.

Вариант осуществления способа, как представлено во вступительном разделе, известен из EP 1362598. В известном способе при рассмотрении недостатков предшествующей области предусмотрены средства для замены источника светового излучения на ультразвуковые волны, выбирая, таким образом, класс фотосенсибилизаторов, которые также могут быть активированы посредством ультразвуковых волн. Таким образом, известный способ значительно ограничивает объем приемлемых веществ, которые можно выбирать для лечения глубоко расположенных мишеней.

Недостатком известного способа является то, что для него необходимо дополнительное аппаратное обеспечение для обеспечения активации фотосенсибилизатора и что он применим для ограниченного диапазона известных фотосенсибилизаторов.

Цель изобретения состоит в обеспечении способа активации фотосенсибилизатора, который легко осуществлять и который приемлем для глубоко расположенных мишеней.

С этой целью способ согласно изобретению включает:

- выбор фотосенсибилизирующих наночастиц катализатора, способного катализировать продукцию активной формы кислорода;

- облучение фотосенсибилизатора световым излучением.

В частности, активацию можно осуществлять ex vivo, хотя, в принципе, фотосенсибилизатор можно активировать, в частности облучать, in vivo.

Кроме того, изобретение относится к фотосенсибилизатору, получаемому способом согласно изобретению, для использования в медицине.

Кроме того, изобретение относится к фотосенсибилизатору, получаемому способом согласно изобретению, для производства лекарственного средства для лечения рака, в частности рака, выбранного из группы, которая состоит из карциномы, аденокарциномы, карциномы протокового типа; и/или лекарственного средства для заживления ран.

Уровень техники изобретения основан на представлении, что наночастицы приемлемого катализатора, способного катализировать продукцию активной формы кислорода, обеспечивают множество благоприятных эффектов при использовании для фотосенсибилизатора. Термин "активный кислород" относится к кислороду с повышенным потенциалом активации, например синглетному кислороду (ε, Δ). Предпочтительно, используют наночастицы с размером 0,5-200 нм, еще предпочтительнее - с размером 0,5-100 нм, еще предпочтительнее - с размером 0,5-50 нм. Наночастицы могут иметь шарообразную и/или палочковидную форму, их размеры определяют с использованием известного для этих целей атомно-силового микроскопа (AFH) или тоннеля Stonnich (ST). Отмечено, что фотосенсибилизатор согласно изобретению может содержать смеси наночастиц с различными размерами, в результате чего относительное процентное содержание наночастиц с конкретными размерами также может различаться. Термин "размер" относится ко всем размерам наночастиц.

Во-первых, открыта эффективность использования в качестве фотосенсибилизатора металлического катализатора, особенно катализаторов из диоксида биологически совместимого металла, поскольку он катализирует образование активного кислорода в ответ на облучение световым излучением в широком диапазоне длин волн, от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона. Предпочтительно, фотосенсибилизатор облучают заранее (ex vivo), таким образом, когда активированный фотосенсибилизатор вводят реципиенту, воздействию активированного фотосенсибилизатора подвергается только участок-мишень реципиента, оставляя без воздействия здоровые участки. Кроме того, пациенту не надо ждать, пока фотосенсибилизатор накопится в участке-мишени. Предпочтительно, для металлических катализаторов используют диоксиды серебра, железа и/или титана. При уменьшении размера металлического катализатора до частиц нанометровых размеров катализатор оказывает дополнительный благоприятный эффект, состоящий в том, что получаемое вещество прозрачно для широкого диапазона длин волн светового излучения, что тем самым улучшает эффективность ответа вещества на облучение световым излучением. Кроме того, такое вещество способно участвовать в химических реакциях сходно с поведением молекул, составляющих, например, организм человека. Таким образом, из сравнения размеров наноструктур и размеров клеток человека следует, что наноструктуры можно эффективно переносить даже через клеточные мембраны, что еще более улучшает их воздействие на участок-мишень. Кроме того, наноструктуры обладают большой поверхностью контакта, что тем самым улучшает эффективность процесса активации, представляющего собой по существу процесс обмена масс, который зависит от площади реагирующих поверхностей. Кроме того, металлические катализаторы на основе серебра, железа и титана, являясь по природе биосовместимыми, не оказывают неблагоприятного эффекта на биологического реципиента.

Представляя собой практически прозрачную среду, фотосенсибилизатор, который содержит наночастицы диоксида биологически совместимого металла, может быть активирован видимым световым излучением. Поэтому такие вещества превосходно подходят для использования в виде порошка, доставляемого местно на поверхностные мишени. Например, на участок-мишень можно наносить приемлемое количество порошка из наночастиц, и его можно подвергать воздействию светового излучения окружающей среды, или, альтернативно, его можно подвергать другой активации, например, посредством лазера до или в ходе соответствующей клинической или косметической процедуры. Отмечено, что в случае поверхностного нанесения активный кислород образуется из атмосферного кислорода и что действие фотосенсибилизатора является таким же эффективным.

В определенном варианте осуществления способа согласно изобретению способ дополнительно включает добавление фотосенсибилизатора в жидкость с получением его суспензии и, предпочтительно, дополнительное добавление кислорода к получаемой таким образом суспензии.

Уровень техники изобретения основан на представлении, что для получения активированного фотосенсибилизатора для введения реципиенту удобно использовать жидкие формы. Предпочтительные варианты осуществления для жидкостей, эффективных для использования согласно изобретению, включают воду, раствор коллоидного жидкого белка, например альбумина, или физиологический солевой раствор. Предпочтительно, итоговую суспензию получают с использованием соотношения по меньшей мере 0,5 мг приемлемого диоксида металла на 1 литр жидкости. Отмечено, что если в качестве источника наночастиц выбирают минералы, они обычно содержат фракцию 10-30% масс. соответствующих диоксидов металлов. Поэтому в случае этих минералов следует выбирать общую массу получаемых наночастиц, составляющую по меньшей мере 5 мг на 1 литр жидкости. Кроме того, отмечено, что если наночастицы используют в качестве фотосенсибилизатора, они действуют как катализаторы для продукции активных форм кислорода, тем самым не принимая участие в химических реакциях. Следовательно, общее количество фотосенсибилизатора не является основным параметром для продукции активного кислорода при условии, что на литр жидкости получают TiO₂, или FeO₂, или их смесь в количестве как минимум 0,5 мг. Поскольку поверхностное взаимодействие жидкости с кислородом окружающей среды не достаточно для получения необходимого уровня насыщения суспензии кислородом, способ согласно изобретению включает стадию добавления кислорода. Кислород можно обеспечивать из приемлемой емкости с использованием помпы. Предпочтительно, парциальное давление кислорода в суспензии составляет приблизительно 40-100 мм рт.ст., еще предпочтительнее - приблизительно 70 мм рт.ст. Предпочтительно, фотосенсибилизатор облучают лазерным излучением с длиной волны в диапазоне 0,8-0,9 микрометра, соответствующей максимальной интенсивности поглощения для кислорода и области оптической прозрачности тканей для лазерного излучения.

В другом варианте осуществления способа согласно изобретению способ включает активацию фотосенсибилизатора в устройстве, составленном для облучения суспензии фотосенсибилизатора световым излучением.

Предпочтительно, облучают поток содержащей фотосенсибилизатор суспензии. При облучении потока суспензии фотосенсибилизатора продукция активного кислорода возможна практически в полном объеме фотосенсибилизатора. Эту стадию преимущественно проводят ex vivo, т.е. вне реципиента, например, в виде предварительной стадии для фотодинамического лечения соответствующего заболевания. Предпочтительно, используют интенсивность светового излучения, составляющую по меньшей мере 1 Дж/мл суспензии, содержащей фотосенсибилизатор. Еще предпочтительнее, интенсивность светового излучения выбирают из диапазона 2-3 Дж/мл суспензии фотосенсибилизатора. Кроме того, предпочтительно, величину потока содержащей фотосенсибилизатор суспензии выбирают в диапазоне 1-2 мл/сек. Предпочтительно, для устройства используют приемлемый Y-образный корпус, при этом первое плечо Y-образного корпуса используют для обеспечения потока суспензии фотосенсибилизатора в главный канал устройства, а второе плечо Y-образного корпуса используют для подачи светового излучения в главный канал Y-образного корпуса, предпочтительно, с использованием соответствующим образом выбранного и присоединенного оптического волокна. Предпочтительно, объемную скорость потока суспензии фотосенсибилизатора выбирают в соответствии с интенсивностью светового излучения, обеспечиваемого оптическим волокном. В целом предпочтительное соотношение объемной скорости потока и интенсивности светового излучения находится в диапазоне 2-5 Вт энергии светового излучения на 1 мл суспензии. Еще предпочтительнее, главный канал Y-образного корпуса присоединен к накопительной полости для хранения активированного фотосенсибилизатора перед его использованием. Предпочтительно, полость получают стерильным способом так, чтобы необходимый объем активированного фотосенсибилизатора мог быть извлечен, например, посредством иглы для инъекции в ходе медицинского лечения. Предпочтительный вариант осуществления устройства более подробно описан со ссылкой на фиг.2. Альтернативно, устройство может быть собрано для проведения активированного фотосенсибилизатора к источнику, который используют для введения активированного фотосенсибилизатора в участок-мишень. В этом случае поток фотосенсибилизатора преимущественно служит в качестве оптического проводника для световых волн, тем самым дополнительно концентрируя отложение активного кислорода в участке-мишени и проводя световое излучение к подлежащей лечению ткани. В случае когда для активации фотосенсибилизатора выбирают лазерное излучение, его распространение в ткани вызывает местную гипертермию, что можно рассматривать как вспомогательную терапию в режиме реального времени, которая дополнительно повышает медицинскую эффективность способа согласно изобретению.

В еще одном варианте осуществления способа согласно изобретению суспензию озонируют.

Эту процедуру можно осуществлять с использованием известного для этих целей устройства для озонирования жидкостей. Преимущество этой стадии состоит в обеспечении повышенной концентрации кислорода в среде, содержащей фотосенсибилизатор. Предпочтительно, уровень озонирования сохраняют в пределах диапазона 5-10 мг озона на 1 литр содержащей фотосенсибилизатор суспензии. Процесс озонирования обладает преимуществом, поскольку он обеспечивает разнообразие активных форм кислорода в суспензии, таких как синглетный кислород и озон, которые дополняют друг друга в своей химической и биологической активности.

В еще одном варианте осуществления изобретения для фотосенсибилизатора выбирают наночастицы из гетерокристаллического минерала. Предпочтительные варианты осуществления для указанного минерала включают рутил, сфен, лопарит, перовскит, анатаз, ильменит, лейкоксен, феррит, барит, аргирит, графит, оксид кальция, фосфоритмонооксиды и фосфоритдиоксиды. Под термином "гетерокристаллический минерал" подразумевают практически химически гомогенное вещество, получаемое в виде кристалла в пределах решеток, различающихся в отношении их типов и форм, образуя полиморфное вещество, которое можно выявлять известным для этих целей способом DSC.

Ферриты относятся к классу веществ, содержащих диоксид железа, где большинство из них является ферромагнетиками. Ферриты могут относиться к минералу или к веществу, химически полученному с использованием Fe₂O₃. Рутил (TiO₂) представляет собой природный минерал, являющийся основной рудой титана, металла, который используют для высокотехнологичных сплавов вследствие его небольшой массы, высокой прочности и устойчивости к коррозии. Микроскопические включения рутила могут быть найдены в кварце, турмалине, рубине, сапфире. В качестве минерального источника для получения наночастиц также можно выбирать рутилированный кварц. Этот камень получают в силу того, что при высоких температуре и давлении n(SiO₂)-n(TiO₂) находится в стабильном состоянии, однако снижение температуры и ослабление давления приводит к двум отдельным веществам с кристаллами рутила, заключенными в кристаллах кварца. Также для получения фотосенсибилизаторов в виде наночастиц приемлемы минералы, содержащие сфен (CaO-SiO₂-TiO₂), лопарит ((Ca, Ce, Na)(Nb, Ti)₃ или (Ti, Nb)₂(Na, Ca, Ce)₂O₆), перовскит (CaTiO₃), анатаз (TiO₂ или (Ti, Nb, Fe)O₂), ильменит (FeTiO₃ и другие модификации), лейкоксен (TiO₂Fe₂O₃+nH₂O). Эти вещества имеют гетерокристаллическую структуру, в которой фрагменты решетки соединены посредством гидроксильного иона (OH-). Предпочтительно, с целью получения наночастиц эти вещества подвергают тепловому разрушению, при этом охлаждение сменяют нагреванием. В ходе стадии охлаждения химические связи гидроксильного иона подвергаются кристаллизации, разрушая, таким образом, решетку. Действие режима попеременных охлаждения/нагревания можно рассматривать как нанесение внутренних ударов, вызывающих уменьшение размера вещества до нанометров, получая, таким образом, наночастицы. С этой целью слой гетерокристаллического минерала предоставляют на приемлемом носителе для обеспечения теплового контакта с приемлемым источником, в частности с термоэлементом, соединенным с приемлемым источником питания. Предпочтительно, порядок величины толщины слоя составляет несколько миллиметров, еще предпочтительнее, выбирают толщину порядка одного миллиметра, соответствующую размеру решетки рутила, сфена, лопарита, перовскита, анатаза, ильменита, лейкоксена и феррита. Размер слоя в продольном направлении может достигать одного метра. Предпочтительно, для носителя выбирают керамический материал, способный проводить энергию в диапазоне 9-15 Вт/см². Предпочтительно, источник питания контролируется процессором, который, предпочтительно, управляется соответствующей компьютерной программой, составленной для контролирования продолжительности режимов охлаждения и нагревания. В соответствии со способом согласно изобретению источник питания вырабатывает импульсы постоянного тока с амплитудой по меньшей мере 10 А/мм², которые передаются на термоэлемент. Для протяженных слоев можно использовать большое количество термоэлементов. Предполагают, что термоэлементы действуют в соответствии с известным для этого термоэлектрическим эффектом Пельтье-Зеебека, согласно которому при подаче тока с соответствующей полярностью спаянные соединения термоэлементов действуют как охлаждающее устройство или как нагревающее устройство. В способе согласно изобретению подают импульс с прямой полярностью в течение периода 10^-4-1 сек, что приводит к мгновенному снижению температуры обращенной к слою поверхности термоэлемента до -50°C, предпочтительно - до -73°C. Это обуславливает значительное охлаждение вещества слоя, при этом гидроксильные группы молекул воды кристаллизуются, тем самым индуцируя в веществе слоя миниатюрные удары. После этого импульс с прямой полярностью изменяют на импульс с обратной полярностью, тем самым вызывая мгновенное повышение температуры обращенной к слою поверхности термоэлементов по меньшей мере до +80°C, предпочтительно - до +95°C, расплавляя, таким образом, водный компонент в кристалле и разрушая структуры решетки вследствие тепловых колебаний решетки. После этого полярность источника питания снова изменяют, вызывая кристаллизацию водного компонента. Предпочтительно, такое изменение вызывают в течение периода от 1 секунды до 1 минуты. После повторения режимов охлаждения и нагревания слой разрушают до наночастиц. Число повторений можно выбирать в соответствии с желаемым размером наночастиц. Как правило, в соответствии со способом согласно изобретению можно получать наночастицы с размером 0,5-200 нм.

Наночастицы согласно изобретению обладают высокой химической активностью, поскольку активные группы, вызывающие образование ковалентных и ионных связей, сформированы в участках межмолекулярных разрывов. Кроме того, все диоксиды металлов, образующие основу соединения, дополнительно усиливают их каталитическое действие в отношении продукции активного кислорода. Под воздействием фотонов света кислород затем преобразуется в свои синглетные формы (ε, Δ), у которых значительно повышен окислительный потенциал. После взаимодействия с другими элементами из окружающей среды активный кислород и его вторичные производные становятся источником повреждения ряда биологических объектов, обеспечивающих поддержание жизни клеток. В результате в биологическом веществе, подвергаемом взаимодействию с соединением согласно изобретению, вызываются фиброзные процессы, а также процессы закупоривания кровотока и лимфотока, что действует как механический барьер для циркуляции крови и лимфы, тем самым отделяя опухоль от источников питания. В результате значительно снижаются метаболическая активность и инвазивные свойства клеток опухоли, а опухоль переводится, таким образом, в метаболически стабильное состояние.

В еще одном варианте осуществления способа согласно изобретению наночастицы содержат молекулу ДНК.

Предпочтительно, наночастицы связаны с молекулой ДНК. Следует понимать, что термин "связывание" относится к электростатическому связыванию или связыванию, обусловленному ковалентными связями. Молекулы ДНК подвергаются связыванию после простого добавления их к наночастицам. Предусмотрены различные варианты осуществления связывания, во-первых, отдельную наночастицу можно связывать с отдельной молекулой ДНК, во-вторых, одну наночастицу можно связывать с множеством молекул ДНК, в-третьих, одну молекулу ДНК можно связывать с множеством наночастиц. Предпочтительно, натриевую соль молекул ДНК, коммерчески известную как "деринат", вводят в суспензию, содержащую наночастицы, которые получают способом разрушения гетерокристаллического минерала, предпочтительно, на основе соотношения 1 части 1,5% раствора натриевой соли к 1 части наночастиц, содержащих по меньшей мере 0,5 мг приемлемого диоксида металла. Этот вариант осуществления обладает техническим эффектом, состоящим в дополнительном повышении избирательности наночастиц в отношении их биомедицинского действия вследствие того, что в результате действия молекулы ДНК они переносятся внутрь клетки, в которой наночастицы действуют в качестве фотосенсибилизатора.

В еще одном варианте осуществления способа согласно изобретению наночастицы содержат противометаболическое средство. В частности, такие средства включают противоопухолевые средства с противометаболическим эффектом, цитостатические средства с противометаболическим эффектом и противораковые средства с противометаболическим эффектом. Такие средства хорошо известны в данной области.

Этот уровень техники основан на представлении, что соединение с нанометровыми размерами можно использовать в качестве носителя для перемещения дополнительного лекарственного средства внутрь клетки. Предпочтительно, наночастицы связывают с противометаболическим средством, например, посредством электростатических сил или ковалентных связей. Связывание противометаболического средства с наночастицами может обеспечивать совокупное цитотоксическое воздействие на клетку, дополнительно повышая эффективность получаемого таким образом вещества. Например, противометаболическое средство может содержать известное для этой цели химиотерапевтическое вещество.

Способ лечения заболевания у реципиента согласно изобретению включает обеспечение реципиента активированным фотосенсибилизатором в виде наночастиц, предпочтительно, наночастиц гетерокристаллического минерала.

Предпочтительно, фотосенсибилизатор активируют способом согласно изобретению, представленным со ссылкой на описанное выше. Способ лечения согласно изобретению основан на представлении, что получаемый и облучаемый таким образом фотосенсибилизатор обладает более хорошими характеристиками в отношении биологического эффекта и эффективности способа лечения. Образование цитотоксического средства - активного кислорода, например, в виде синглетного кислорода, происходит ex vivo, а после этого в участок-мишень вводят активную среду. Этот способ снижает возможный риск для здоровой ткани вследствие того, что активное вещество переносится местно и не поглощается здоровыми тканями, расположенными далеко от участка-мишени. Предпочтительно, используют интенсивность светового излучения, составляющую по меньшей мере 1 джоуль на 1 мл содержащей фотосенсибилизатор жидкости. Предусмотрены несколько способов введения активированного фотосенсибилизатора.

Во-первых, активированный фотосенсибилизатор эффективен для лечения ракового заболевания. В этом случае получаемый активированный фотосенсибилизатор можно добавлять в жидкость и переносить в иглу для инъекции, которую затем можно использовать для введения в опухоль образованной таким образом суспензии, которая содержит активный кислород. Предпочтительно, объем суспензии, подлежащей введению в или близко к опухоли, выбирают так, чтобы он представлял собой величину, в 5-10 раз превышающую объем опухоли. Объем опухоли можно оценивать предварительно или в режиме реального времени с использованием приемлемых медицинских способов получения изображения, известных в данной области для этой цели. В случае поверхностного расположения опухоли, например рака кожи, можно использовать приемлемое распыляющее устройство для разбрызгивания активированной суспензии, содержащей фотосенсибилизатор, над желаемым участком. В случае лечения глубоко расположенной опухоли необходимый объем активированной суспензии, содержащей фотосенсибилизатор, вводят инъекцией в опухоль или поблизости от нее. Благоприятные эффекты лечения вариантов рака дополнительно объяснены со ссылкой на примеры, которые описаны со ссылкой на фиг.1. Предпочтительно, фотосенсибилизатор связывают с молекулой ДНК. Еще предпочтительнее, фотосенсибилизатор дополнительно связывают с противометаболическим средством для дополнительного улучшения его цитотоксического действия.

Во-вторых, активированный фотосенсибилизатор можно использовать для лечения ран, язв и для обеспечения общего антисептического эффекта в обрабатываемом участке. Для этой цели активированный фотосенсибилизатор можно вводить с использованием спрея, нанесения порошка или т.п. на подлежащий лечению участок. Использование фотосенсибилизаторов непосредственно для лечения ран известно из патента США №6107466. В известном способе приемлемый фотосенсибилизатор вводят реципиенту местно или системно, после чего он ждет, пока уровень фотосенсибилизатора в участке раны не достигнет эффективной тканевой концентрации, после чего осуществляют фотоактивацию. С целью обеспечения возможности фотоактивации используют заранее определенный источник светового излучения, зависящий от типа используемого фотосенсибилизатора.

Кроме того, отмечено, что в соответствии с описанным выше рутилы, сфены, лопариты, перовскиты, анатазы, ильмениты, лейкоксены и ферриты содержат диоксид кремния (SiO₂), который сам по себе оказывает благоприятный эффект, состоящий в вызывании фиброза тканей. Этот благоприятный эффект, проявляющий себя главным образом в виде блокирования кровотока и лимфотока, можно использовать для определения расположения раковой ткани и тем самым для устранения какого-либо источника питания злокачественных клеток. Кроме того, отмечено, что при химическом связывании с приемлемой молекулой наночастицы SiO₂ можно использовать в качестве носителей. Например, наночастицы SiO₂ можно химически связывать с коллоидным диоксидом серебра, который может дополнять действие SiO₂ вследствие своих фотосенсибилизирующих свойств. Альтернативно, AgO₂, связанный с SiO₂, можно добавлять к наночастицам, содержащим диоксид титана или диоксид железа, тем самым дополняя их действие как металлических катализаторов для продукции активных форм кислорода.

Способ согласно изобретению превосходит способ лечения ран, известный из предшествующего уровня техники, особенно если используют наночастицы фотосенсибилизаторов на основе биосовместимых металлов, размеры которых уменьшены до наночастиц, что обеспечивает возможность активации фотосенсибилизатора с использованием широкого диапазона доступных источников светового излучения, от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона, для активации фотосенсибилизаторов. Способ согласно изобретению легко осуществим и не требует латентной фазы для обеспечения достижения определенной концентрации фотосенсибилизатора в участке-мишени. Предусмотрены различные способы помещения активированного фотосенсибилизатора в рану. Можно использовать фотосенсибилизатор в виде порошка. При рассмотрении внутреннего хирургического вмешательства предпочтительно добавлять фотосенсибилизатор к жидкости, получая таким образом суспензию, которую затем можно помещать в участок-мишень с использованием распыляющего устройства, иглы для инъекции, тампона или материала для перевязки, увлажненного активированной суспензией, или посредством приемлемого катетера. Способ согласно изобретению обеспечивает не только эффект заживления ран, но, кроме того, для него также показано антисептическое действие активируемого таким образом фотосенсибилизатора, обусловленное характерными для нанометровых веществ противовирусными и противобактериальными свойствами.

Эти и другие аспекты изобретения описаны со ссылкой на чертежи.

На фиг.1 представлен в кратком виде вариант осуществления технологической схемы способа согласно изобретению.

На фиг.2 в схематичном виде представлен вариант осуществления устройства для активации потока фотосенсибилизатора.

На фиг.1 представлен в кратком виде вариант осуществления технологической схемы способа 10 согласно изобретению. На стадии 1 способа согласно изобретению выбирают фотосенсибилизатор, включающий, например, в виде наночастиц диоксид биологически инертного металла, например титана, серебра или т.п. Предпочтительно, фотосенсибилизатор предоставляют в виде порошка. В случае когда предусмотрено использование фотосенсибилизатора на поверхности, его активируют на стадии 5 с использованием приемлемого источника светового излучения. Отмечено, что преимущество нанометровых веществ состоит в том, что их можно активировать с использованием широкого диапазона источников светового излучения, включая световое излучение окружающей среды. Таким образом, для лечения поверхностного нарушения, такого как рана, может быть достаточным обеспечить соответствующий слой порошка, содержащего фотосенсибилизатор, и активировать его посредством солнечного излучения. Кроме того, в этих условиях порошок активирует присутствующий в атмосфере кислород из окружающей среды. Предпочтительно, порошок активируется посредством инфракрасного лазерного излучения с длиной волны в диапазоне 0,8-0,9 микрометра, поскольку этот диапазон длин волн соответствует максимальной величине поглощения для кислорода и области оптической прозрачности для ткани. После осуществления активации фотосенсибилизатора его можно использовать на стадии 7 посредством введения фотосенсибилизатора в соответствующий участок-мишень у реципиента.

Альтернативно, в случае рассмотрения лечения глубоко расположенной мишени в способе согласно изобретению переходят к стадии 3, где нанометровый фотосенсибилизатор добавляют к соответствующей жидкости для получения суспензии. Приемлемые примеры жидкости включают воду, раствор коллоидного жидкого белка, такого как альбумин или т.п., физиологический солевой раствор. Преимущественно, перед переходом на стадию способа 3 к фотосенсибилизатору добавляют важные добавки, например молекулы ДНК и противометаболические средства. Когда фотосенсибилизатор образует связи с соответствующими участками молекул ДНК и необязательно с противометаболическим средством, катализируемый фотосенсибилизатором цитотоксический эффект активного кислорода может значительно повышаться.

На стадии 4 способа согласно изобретению суспензию, получаемую на стадии 3, обеспечивают кислородом. Кислород можно доставлять из приемлемой емкости с использованием помпы. Предпочтительно, достигают величины парциального давления кислорода в образованной таким образом суспензии, составляющей приблизительно 70 мм рт.ст. Еще предпочтительнее, на стадии 4a проводят процесс озонирования для дополнительного повышения концентрации кислорода в окружающем фотосенсибилизатор пространстве. Процесс озонирования можно осуществлять с использованием любого известного для этой цели оборудования для озонирования. Также в результате озонирования обеспечивают множество активных форм кислорода.

После достижения достаточной концентрации кислорода в жидкости в способе согласно изобретению переходят на стадию 5, где получают активный кислород, в частности синглетный кислород, посредством облучения жидкости соответствующим источником светового излучения. Как было указано выше, для этой цели приемлемы все источники светового излучения, однако предпочтительно использование инфракрасного лазерного излучения с длиной волны 0,8-0,9 микрометра, практически соответствующей максимальной величине поглощения для кислорода и области оптической прозрачности для ткани. Еще предпочтительнее, активацию обеспечивают с использованием смешивающего устройства, которое подробно описано со ссылкой на фиг.2.

После получения синглетного кислорода жидкость готова к использованию, и ее можно хранить, предпочтительно, в стерильном контейнере. Альтернативно, ее можно переносить посредством приемлемого проводника к участку для лечения, где ее можно вводить реципиенту. В случае глубокого расположения участка-мишени у реципиента в способе согласно изобретению переходят к стадии 6, где используют приемлемые способы медицинской диагностики для определения пространственного расположения участка-мишени. Предпочтительно, используют ультразвуковое устройство. Альтернативно, можно использовать рентгеновский аппарат, устройство для магнитно-резонансного получения изображения или рентгеновский компьютерный томограф. После определения расположения участка-мишени приемлемое медицинское управляющее устройство может доставлять активированную жидкость в приемлемое устройство для нанесения, например в иглу для инъекции, катетер или т.п. Затем на стадии 7 изобретения активированную жидкость вводят реципиенту. Способ и его клинический эффект описаны со ссылкой на примеры.

Пример 1

В случае поверхностно расположенного ракового образования активированный фотосенсибилизатор вводят на поверхность и вокруг образования, например, с использованием приемлемой иглы для инъекции. Объем суспензии, содержащей активированный фотосенсибилизатор, должен быть по меньшей мере в несколько раз больше, чем объем образования. Предпочтительно, он в 5-10 раз больше, чем объем образования. Отмечено, что можно обеспечивать иглу для инъекции Y-образным корпусом, где одно плечо представляет собой канал доставки для содержащей сенсибилизатор суспензии, а другое плечо является оптическим каналом для обеспечения светового излучения. Предпочтительно, интенсивность светового излучения составляет не менее чем 1 Вт/см². Еще предпочтительнее, световое излучение обеспечивают в направлении потока суспензии, и оно претерпевает дополнительное распространение в ткани, подлежащей лечению. Предпочтительно, объемная скорость потока составляет не менее чем 1 мл на 1 джоуль энергии светового излучения. Предпочтительно, для снижения болевой чувствительности реципиента в суспензию перед процедурой воздействия вводят приемлемое обезболивающее средство. Предпочтительно, используют 0,2% лидокаин и 10 мг/л озона.

Случай 1

Пациенту Б., 18 лет (карта больного №212/01), в 2001 году проводили лечение на предмет рецидива саркомы мягких тканей в правой половине грудной клетки. Гистологически подтвержденный рецидив случился спустя три месяца после иссечения опухоли. В ходе исследования в области послеоперационного рубца было выявлено шарообразное утолщение диаметром приблизительно 4 см, где указанное утолщение являлось неподвижным, прочно прикрепленным к надкостнице передней поверхности ребер II-III. Отдаленных метастаз способами ультразвукового и рентгеновского исследования выявлено не было, однако подмышечные лимфатические узлы были утолщены. Пациенту интерстициально вводили 200 мл суспензии, содержащей 1 мг наночастиц, которые получали тепловым разрушением рутила, и облучали в течение 6 и 8 минут лазерным излучением с длиной волны 0,56 микрометра с интенсивностью 5 Вт. Процедуру повторяли дважды с недельным интервалом. Температура ткани в ходе лечения не повышалась более чем на 1,4°С. При биопсии, проведенной через трое суток после второй процедуры, было показано, что опухоль относится к видам сарком. Через один год наблюдений роста опухоли выявлено не было, а на месте рецидивного образования диаметром 4 см находят утолщение фиброзной ткани величиной 1 см. В ходе последующих процедур обследования проявлений опухоли выявлено не было.

Пример 2

В случае глубоко расположенных опухолей, местоположение которых нельзя определить простым осмотром, используют диагностические способы для представления данных по пространственному расположению содержащего опухоль участка-мишени и ее размеров. Также в этом варианте осуществления для помещения активированного фотосенсибилизатора в опухоль и/или вокруг опухоли можно использовать соответствующим образом устроенную иглу для инъекции.

Случай 2

Пациент К., 64 лет (карта больного №923), в ноябре 2000 года был госпитализирован в урологическую клинику вследствие дизурии. В ходе исследования была выявлена аденокарцинома верхней части левой доли предстательной железы (4 и 4 по Глиссону). В дополнение к катетеризации мочевого пузыря с 12 июля 2001 года проводили лечение согласно изобретению. В обе доли предстательной железы вводили 250 мл суспензии, содержащей 1,5 мг диоксида титана в растворе коллоидного серебра, облучаемой в течение 8 минут лазерным излучением с длиной волны 0,84 микрометра, интенсивностью 16 Вт/см². Контролировали температуру ткани, и она в ходе лечения не повышалась более чем на 1,2°С. Явление дизурии прекратилось, а при диагностическом обследовании в области исходной опухоли наблюдали только фиброзную ткань. Это состояние было подтверждено дополнительным обследованием через три года после лечения согласно изобретению. При биопсии (8 баллов), проведенной летом 2004 года, было показано отсутствие опухолевых клеток и подтвержден фиброз тканей железы. В январе 2005 года вследствие усилившейся дизурии была проведена трансуретральная резекция. В некоторых фрагментах ткани, иссеченных в ходе процедуры хирургического вмешательства, были выявлены "островки" опухоли, окруженные прочной рубцовой тканью. Дополнительных признаков опухолевого процесса выявлено не было. В апреле 2006 года концентрация антигена предстательной железы составляет 2,1 мг/мл.

Случай 3

Пациент Л., женского пола, 59 лет (карта больного №176/32), была включена в мае 2004 года в группу пациентов-добровольцев для получения лечения согласно изобретению. У пациента диагностировали карциному левой молочной железы протокового типа на стадии T3N2Mx. Проводимая пациенту лучевая терапия была неэффективной. В ходе обследования пациента перед лечением согласно изобретению было выявлено опухолевое образование значительных размеров (10 см³), которое также привело к развитию язвы. В ходе лечения пациенту 10 раз проводили внутри- и околоопухолевые инъекции активированного фотосенсибилизатора, содержащего 20% диоксида титана, 30% диоксида кальция и по меньшей мере 15% диоксида кремния. Для получения суспензии объемом приблизительно 1 литр использовали 5 мг фотосенсибилизатора с применением стерильной воды и к этому добавляли 5 мл 1,5% дерината и 5 мг противометаболического средства в виде доксорубицина. После внутри- и околоопухолевых инъекций суспензию активированного фотосенсибилизатора также вводили в лимфатические узлы. В ходе курса обследования в ноябре 2004 года проявлений раковых клеток в обработанном объеме выявлено не было, что подтвердили масштабным гистологическим анализом. Область язвенного дефекта уменьшилась приблизительно в 5 раз, и, кроме того, нельзя было наблюдать признаков какого-либо воспалительного процесса. В марте 2005 года язвенный дефект кожи был закрыт посредством пластической хирургии.

Пример 3

Вспомогательный эффект заживления ран для наночастиц фотосенсибилизатора, содержащих стимулирующее фиброз вещество

Случай 4

Пациент женского пола, 76 лет (случай заболевания 318/A), являлась пациентом множества онкологических клиник в течение более чем четырех лет вследствие наличия значительной (18 см³) раковой язвы на ее левой щеке. Обычные попытки закрыть кожный дефект были неэффективны. После этого ее подвергли месячному курсу лечения наночастицами, полученными с использованием смеси 10 мг феррита и 10 мг SiO₂, где наночастицы вводили в виде сухого порошка. После нанесения порошка на язву его облучали с использованием галогеновой лампы с интенсивностью 3 Вт/см² при дозе 1,3 кДж. После лечения кожный дефект исчез, при этом в следе язвы наблюдали разновидности фиброзных клеток в фазах апоптоза. Отмечено, что хотя в настоящем примере представлено совокупное действие наночастиц диоксида железа и диоксида кремния, первые использовали для лечения рака, а последние использовали в качестве вспомогательного терапевтического средства для стимуляции фиброза для закрытия дефекта кожи. Следует понимать, что как таковое в настоящей заявке предусмотрено клиническое использование наночастиц, получаемых из кварцита, для заживления ран.

На фиг.2 представлена схема варианта осуществления 20 для устройства активации фотосенсибилизатора, в частности текущего фотосенсибилизатора. Устройство 20a содержит Y-образный корпус, где одно плечо 21 предназначено для приема текущего фотосенсибилизатора 21, а другое плечо 23 предназначено для обеспечения световых волн 24 из источника светового излучения (не представлено), предпочтительно, с использованием приемлемого оптического волокна. Y-образный корпус устройства 20a составлен таким образом, чтобы поток жидкого фотосенсибилизатора 22a полностью облучался световым лучом 24a. Такое устройство обеспечивает полную активацию фотосенсибилизатора во всем облучаемом объеме. Участок 25 Y-образного корпуса можно получать значительных размеров, чтобы он вмещал весь объем фотосенсибилизатора, предназначенный для использования в ходе процедуры лечения. Открыто, что является достаточным предоставлять участок 25 с объемом 10-500 мл. Предпочтительно, выбирают объем участка 25, составляющий приблизительно 50 мл. Когда фотосенсибилизатор активирован и хранится в отделении 25, к его удаленному участку можно присоединять источник 27. Источник может включать катетер, иглу для инъекции, распыляющее устройство, которые используют для введения фотосенсибилизатора 29 в участок-мишень у реципиента. В случае использования иглы для инъекции или катетера может быть предпочтительно не прерывать поток 22b активированного фотосенсибилизатора, позволяя ему проводить световое излучение в ткани реципиента. Таким образом, введение активированного фотосенсибилизатора осуществляют практически одновременно с его активацией, в результате чего жидкий фотосенсибилизатор действует как оптический проводник для светового луча в ткань. Этот способ обладает благоприятным клиническим эффектом, поскольку нанометровый фотосенсибилизатор мгновенно обеспечивает на микроуровне дозу активированного кислорода, а также дозу излучения. В случае использования лазерного излучения доставляемая таким образом доза излучения обуславливает дополнительное повреждение ткани вследствие местного разрушения, которое вызывается индуцируемой лазером гипертермией. Предпочтительно, используют лазерное излучение с длиной волны 0,8-0,9 микрометра, соответствующей максимальной величине поглощения для кислорода и области оптической прозрачности для ткани.

Изобретение относится к медицине, к способу активации фотосенсибилизатора, включающему выбор фотосенсибилизирующих наночастиц катализатора из гетерокристаллического минерала, способного катализировать продукцию активных форм кислорода, и облучение наночастиц световым излучением, в частности, инфракрасного диапазона. Фотосенсибилизатор может быть химически связан с молекулой ДНК или с приемлемым противометаболическим средством. Изобретение также относится к способам лечения рака, в частности карцином, и заживления ран с использованием указанного активированного фотосенсибилизатора, активированные наночастицы которого в виде суспензии вводят реципиенту, катализируя продукцию активных форм кислорода и обеспечивая положительный эффект в отношении даже глубоко расположенных тканей-мишеней. 5 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ активации фотосенсибилизатора, включающий:
выбор фотосенсибилизирующих наночастиц катализатора из гетерокристаллического минерала, который способен катализировать продукцию активных форм кислорода;
облучение наночастиц световым излучением.

2. Способ по п.1, где активацию осуществляют ex vivo.

3. Способ по п.1 или 2, где способ включает:
добавление фотосенсибилизатора к жидкости с получением его суспензии;
добавление кислорода к получаемой таким образом суспензии.

4. Способ по п.3, где стадию облучения фотосенсибилизатора проводят в устройстве, составленном для облучения суспензии фотосенсибилизатора указанным световым излучением.

5. Способ по п.1, включающий стадию озонирования суспензии.

6. Способ по п.1, где наночастицы включают диоксид серебра, диоксид железа, диоксид титана и/или диоксид кремния.

7. Способ по п.6, где наночастицы состоят из гетерокристаллического минерала и их выбирают из кварца, рутила, сфена, лопарита, перовскита, анатаза, ильменита, лейкоксена, феррита, барита, аргирита, графита, оксида кальция, фосфоритмонооксидов и фосфоритдиоксидов.

8. Способ по п.1, где наночастицы содержат молекулу ДНК.

9. Способ по п.1, где наночастицы содержат противометаболическое, противоопухолевое средство.

10. Способ по п.1, где световое излучение находится в инфракрасном диапазоне.

11. Способ по п.10, где световое излучение представляет собой лазерное излучение с длиной волны в диапазоне 0,8-0,9 мкм.

12. Способ лечения заболевания у реципиента, включающий введение реципиенту суспензии наночастиц активированного фотосенсибилизатора в виде наночастиц катализатора из гетерокристаллического минерала, который способен катализировать продукцию активных форм кислорода.

13. Способ по п.12, где фотосенсибилизатор был активирован способом по любому из предшествующих пунктов.

14. Способ по любому из пп.12-13, где фотосенсибилизатор вводят в участок-мишень у реципиента с использованием устройства для нанесения, где способ дополнительно включает:
определение пространственного расположения участка-мишени;
установку устройства для нанесения в соответствии с определенным пространственным расположением.

15. Фотосенсибилизатор, получаемый способом по любому из пп.1-11, для медицинского применения.

16. Способ использования фотосенсибилизатора, получаемого способом по любому из пп.1-11, для лечения рака.

17. Способ по п.16, где рак выбран из группы, состоящей из карциномы, аденокарциномы, карциномы протокового типа.

18. Способ использования фотосенсибилизатора, получаемого способом по любому из пп.1-11, для заживления ран.