Новые вещества и оборудование, разработанные в Бразилии: фотодинамическая терапия

Cristina Kurachi, Kleber Thiago de Oliveira and Vanderlei Salvador Bagnato Институт физики Сан-Карлуса, Университет Сан-Паулу, Сан-Карлус, штат Сан-Паулу, Бразилия Департамент химии, Федеральный университет Сан-Карлуса, Сан-Карлус, штат Сан-Паулу, Бразилия

Ключевые слова  Фотодинамическая терапияАЛКМАЛБазальноклеточная карциномаБразильские технологии

Введение

Фотодинамическая терапия (ФДТ) представлена как привлекательная терапевтическая методика для лечения базальноклеточной карциномы и потенциально злокачественных кожных заболеваний (Lehmann 2007; Morton et al. 2008; Soini et al. 2015; Zouboulis et al. 2015). Дерматология — это область медицины с наибольшим числом показаний к ФДТ, включая местное лечение инфицированных и воспалительных поражений, вульгарных угрей, доброкачественных поражений и омоложение лица (Ma et al. 2015; Sakamoto et al. 2012; Issa et al. 2010; Hu et al. 2015; Monfrecola et al. 2004), особенно благодаря её селективному действию и косметическим результатам. Основные протоколы ФДТ в дерматологии используют топическое применение гидрохлорида 5-аминолевулиновой кислоты (АЛК) или её сложноэфирных производных, таких как гидрохлорид метил-5-аминолевулината (МАЛ), или пролекарств, которые улучшают продукцию эндогенного фотосенсибилизатора протопорфирина IX (PpIX), что приводит к поверхностному терапевтическому ответу без общего побочного эффекта кожной фотосенсибилизации при системном введении.

Следуя общемировой тенденции, в Бразилии также немеланомный рак кожи является наиболее распространённым типом рака. По данным Бразильского национального онкологического института (INCA), около 182 130 новых случаев немеланомного рака кожи должно было быть диагностировано в 2014 году. Бразилия — крупнейшая страна Южной Америки, учитывая её континентальную площадь и население, которое в настоящее время составляет около 206 миллионов человек. Любая политика здравоохранения в Бразилии, направленная на широкие и эффективные процедуры диагностики и лечения, является сложной, особенно для тех патологий, которые требуют высокотехнологичных учреждений и специализированного персонала. Количество больничных коек на 1000 человек составляло 2,26, при этом показатель государственных коек составлял лишь 0,8 по последней публикации 2012 года (индикативные ресурсы, Министерство здравоохранения Бразилии). В период с 2005 по 2012 год бразильская государственная система здравоохранения сократила примерно 42 000 больничных коек, а до 2014 года было потеряно ещё 7000 коек.

Эта ситуация развивается в неправильном направлении, если учитывать рост населения и возрастающие потребности в медицинской помощи. Учитывая текущее количество новых случаев немеланомного рака кожи и имеющиеся койки, если все пациенты потребуют госпитализации для хирургического удаления поражений, очередь на лечебную процедуру никогда не сократится. Как следствие этой реальности, наблюдаются поздняя диагностика и длительный период ожидания лечения рака. В некоторых регионах это ожидание может составлять годы.

Фотодинамическая терапия может стать первым вариантом лечения поражений неинфильтративной базальноклеточной карциномы (БКК). Для этого необходимы ранняя диагностика, а также малый интервал между диагностикой и лечением. Топическая АЛК/МАЛ-ФДТ уже одобрена для лечения БКК в нескольких странах, включая Бразилию, и представляет собой весьма привлекательную терапию для политик общественного здравоохранения, особенно потому что это амбулаторная процедура и по сравнению с хирургической резекцией имеет сниженную стоимость. Это значимые характеристики при рассмотрении вопросов общественного здравоохранения. Metvix™ (Galderma, Швейцария) одобрен Бразильским агентством по санитарному надзору (ANVISA) в качестве препарата для ФДТ. Широкое использование МАЛ-ФДТ в Бразилии всё ещё затруднено из-за связанных с этим затрат и присутствует в основном в частной практике.

Наша группа в Бразилии начала работать с ФДТ в 1999 году, сочетая экспериментальные исследования, инструментальные разработки и клинические исследования. С тех пор несколько протоколов и устройств были протестированы на культурах клеток, моделях животных и в клинических испытаниях при раке, предраковых поражениях и инфекционных заболеваниях (Melo et al. 2004; Bagnato et al. 2005; Souza et al. 2005, 2007, 2009a, b; Ferreira et al. 2006, 2007; Inada et al. 2012; Takahama et al. 2013; Silva et al. 2013; Andrade et al. 2014). Основываясь на нашем опыте и полученных результатах, мы полагаем, что топическая ФДТ при БКК может способствовать сокращению времени ожидания лечения рака кожи, повышению удовлетворённости пациентов и снижению затрат на лечение. Ещё один фактор, который необходимо отметить, заключается в том, что подавляющее большинство пациентов вынуждено преодолевать большие расстояния для получения лечения рака, в некоторых случаях даже тысячи километров. Приближение лечения рака кожи к медицинским учреждениям низового уровня снижает затраты на медицинскую помощь и транспортировку пациентов, а также сокращает длительное время ожидания.

Единственный осуществимый путь достижения широкого и повсеместного применения ФДТ на территории Бразилии — это снизить затраты и улучшить образование и подготовку медицинских команд по вопросам фотодинамических концепций, особенно показаний и клинического протокола.

На основе этих аспектов была создана бразильская программа ФДТ поверхностной БКК. Для этого мы приняли модель, сочетающую интересы государственного и частного секторов, используя потребности как возможность для исследований, технологического развития и коммерческой деятельности.

Бразильская программа и стратегии

Бразильская программа ФДТ поверхностной БКК финансируется Бразильским банком развития (BNDES) и началась в 2011 году. Эта программа координируется Институтом физики Сан-Карлуса Университета Сан-Паулу и осуществляется при участии двух бразильских частных компаний-партнёров: одна — MMOptics, отвечающая за аппарат, а другая — PDT Pharma, производящая соединения АЛК и МАЛ.

Основными целями этого многоцентрового клинического исследования были (1) оценка ответа ФДТ с использованием бразильских аппарата и препаратов, (2) создание центров ФДТ в различных регионах и (3) распространение ФДТ среди врачей. В рамках этих трёх основных целей были поставлены и другие специфические задачи, такие как сравнение осуществимости и эффективности опухолевого контроля ФДТ между опытным и неопытным центрами, а также оценка ответа ФДТ в зависимости от локализации опухоли и фототипов кожи, среди прочих.

Наша стратегия для повышения вероятности успеха заключалась в формировании междисциплинарной команды, включающей различные знания и опыт, необходимые для выполнения проекта: врачей, физиков, химиков, фармацевтов, медсестёр и инженеров. С самого начала сотрудничество с онкологической больницей Amaral Carvalho имело важнейшее значение для клинического исследования. Доктор Ana Gabriela Salvio, дерматолог, является ответственным врачом проекта, а многоцентровое испытание одобрено Бразильским национальным комитетом по этике исследований с участием человека (CONEP, Comissão Nacional de Ética em Pesquisa) и локальными институциональными комитетами по этике.

В настоящее время установлено 70 аппаратов ФДТ в 20 бразильских федеральных штатах, 9 центров в Латинской Америке и 1 в Европе (Шотландия). Создание каждого аппарата ФДТ включало обучение местной команды клиническому протоколу и использованию аппарата. Обсуждаются базовые концепции механизмов ФДТ, взаимодействия света с тканями и биосинтетического метаболизма АЛК-протопорфирина. Клинический протокол, показания, потенциальные побочные эффекты и риски, а также практическая работа с оборудованием ФДТ также рассматриваются в ходе обучения. Проводится лечение двух пациентов с поражениями неинфильтративной БКК, чтобы медицинская команда могла наблюдать и обсудить все этапы процедуры вместе со специализированным персоналом нашей группы. Обучение завершается обсуждением всех оставшихся вопросов или комментариев, а местная команда получает вспомогательные учебные материалы, содержащие раздаточный материал клинического протокола. Поощряется открытая коммуникация для частого обсуждения показаний к лечению пациентов и динамического наблюдения. Требуется отправка главному исследователю отчёта каждые 3 месяца.

В этой бразильской программе многоцентрового клинического исследования включаются только поражения БКК диаметром до 20 мм и глубиной до 2 мм, а сокращённый протокол МАЛ-ФДТ представлен на рис. 1. Интересно отметить, что установленный протокол использует лечение под контролем флуоресценции, которое, как показано, позволяет оптимизировать результат.

Производство АЛК и МАЛ

Как упоминалось ранее, гидрохлорид 5-аминолевулиновой кислоты (АЛК) и её сложноэфирные производные, такие как гидрохлорид метил-5-аминолевулината (МАЛ), занимают особое место в лечении ФДТ не потому, что они являются фотосенсибилизаторами, а потому, что они являются хорошо известными прямыми биосинтетическими предшественниками протопорфирина IX в клетках, который и является реальным фотосенсибилизатором при использовании производных АЛК. По существу, когда АЛК или её сложноэфирные производные используются в форме топического крема, наблюдается накопление протопорфирина IX через 1–2 ч, что позволяет проводить местные процедуры ФДТ красным светом (630 нм) (Kennedy et al. 1990). Биосинтетический механизм продукции и накопления протопорфирина IX в настоящее время хорошо установлен, при этом избыток АЛК внутри клеток может также способствовать ингибированию некоторых этапов продукции гема, что приводит к локальному накоплению протопорфирина IX (рис. 2) (Kennedy et al. 1990).

Этот альтернативный метод был представлен в литературе в 1990 году Kennedy и соавторами (Kennedy et al. 1990), и с момента этого открытия наблюдалось значительное расширение показаний к ФДТ. Важно подчеркнуть, что это лечение позволило проводить множество местных процедур только с локальной фотосенсибилизацией вместо общей кожной и глазной фотосенсибилизации, вызываемой системным введением. Многие учёные считают локальную фотосенсибилизацию одним из основных преимуществ этой методики; однако важнейшим аспектом является безопасность лечения. Системные препараты могут вызывать побочные эффекты, поскольку здесь задействованы сложные вопросы. До назначения нового системного препарата в качестве одобренного лекарственного средства необходимо рассмотреть множество протоколов, в которых должны изучаться не только эффекты препарата, но и действие метаболитов, популяционная изменчивость и многие другие факторы.

Безусловно, АЛК-ФДТ потенциально способна действовать против многих бактериальных, грибковых, предраковых поражений, БКК, остроконечных кондилом, вызванных вирусом папилломы человека (ВПЧ), и цервикальной интраэпителиальной неоплазии, а также использоваться в качестве флуоресцентного маркёра при диагностике рака (Tetard et al. 2014; Gold and Goldman 2004; Fotinos et al. 2006). Ещё одна растущая область применения АЛК-ФДТ — дерматология. По сути, ФДТ — это методика, вызывающая клеточное повреждение. Поэтому использование АЛК в дерматологии хорошо установлено, поскольку можно лечить многие воспалительные процессы, избирательно устраняя аномальные клетки, а также уничтожая патогенные микроорганизмы, присутствующие при кожных инфекциях.

За последние 25 лет протоколы АЛК-ФДТ окончательно доказали свою пригодность для многих видов лечения; поэтому главный вопрос, который у нас возникает: почему АЛК-ФДТ не является рутинным методом лечения в больницах и клиниках?

Это крайне сложный вопрос, поскольку в нём задействовано множество факторов. С экономической точки зрения терапия АЛК может охватывать миллионы долларов США, что соответствует крупному рынку. С другой стороны, в течение многих лет крупные фармацевтические компании систематически работали над разработкой системных препаратов и тратили миллионы долларов США на исследования, связанные с противоопухолевыми препаратами (химиотерапевтическими), и кто-то должен оплачивать эти счета. Однако наиболее важно убедить вершину пирамиды (врачей) в том, что лечение ФДТ обладает рядом преимуществ и может способствовать улучшению здоровья во всём мире. Подобно тому как фармацевт несёт прямую ответственность за продвижение безрецептурных препаратов в аптеку, например витаминов и энергетических добавок, врачи также играют ключевую роль в распространении и успехе ФДТ, и они должны быть первыми, кто убедится в том, что ФДТ действительно эффективна. Однако ещё раз повторим: это непростая задача и она связана со многими вопросами.

К счастью, распространение лечения ФДТ растёт во всём мире, и Бразилия вносит весьма полезный вклад в эту область. Успешным примером является работа, выполненная Исследовательским центром оптики и фотоники (CEPOF), расположенным в Университете Сан-Паулу в городе Сан-Карлус, а также двумя бразильскими ассоциированными компаниями, а именно PDT Pharma и MMOptics. Компания MMOptics начала много лет назад с производства оптических устройств, а PDT Pharma является молодейшей инициативой в Латинской Америке, работающей в области синтеза фотосенсибилизаторов и фотопрепаратов (рис. 3). В настоящее время обе компании привержены созданию протоколов и коммерческих решений, совместно охватывающих крем для фотомедицины и световой аппарат.

Одна из основных задач для обеих компаний — сделать эту технологию привлекательной с учётом затрат на ФДТ, и это потребовало значительных инвестиций и работы. Компания PDT Pharma возникла как спин-офф из-за необходимости в поставщике, который мог бы обеспечить предложение АЛК и её производных по приемлемой цене и с учётом экономической реальности Латинской Америки. Первой задачей было создать предприятие по синтезу АЛК и её производных, отвечающее всем фармацевтическим требованиям, от производства активной фармацевтической субстанции (АФС) до формулировки нового крема, с соблюдением всех патентных вопросов и норм международно охраняемого рынка. С тех пор прошло почти 7 лет, и, согласно информации от компании PDT Pharma, в начале 2017 года полное решение будет технически доступно для рынка.

Пример PDT Pharma весьма полезен для иллюстрации ранее обсуждавшегося вопроса, когда мы упоминали трудности с популяризацией и доступностью лечения ФДТ для населения из-за бюрократических, а также экономических барьеров. Очевидно, что как учёные мы также полностью понимаем все рыночные вопросы и масштабы рынка, которые могут представлять системные препараты, и цели команды/компаний ФДТ отнюдь не состоят в борьбе с этим. В данном случае важно отметить, что обе компании стремятся приблизить ФДТ к людям, нуждающимся в медицинской помощи, предоставляя альтернативные решения, особенно для потребителей государственной системы здравоохранения.

Разработка аппарата ФДТ

Насколько нам известно, LINCE (MMOptics, Сан-Карлус, Бразилия) была первой коммерческой системой, доступной для ФДТ, с широкопольным флуоресцентным визором и осветительной насадкой, совмещёнными в одном устройстве (рис. 4). Разработка этого устройства была выполнена нашей группой в Университете Сан-Паулу и компанией MMOptics при финансировании Бразильского финансирующего органа исследований и проектов (FINEP, Financiadora de Estudos e Projetos), государственной федеральной организации Министерства науки, технологий и инноваций.

Основные технические характеристики системы ФДТ представлены в таблице 1. LINCE — это портативное устройство с двумя насадками: одна для визуализации флуоресценции, другая для облучения при ФДТ. Обе насадки имеют светодиодные источники света и оптические компоненты, обеспечивающие равномерную область освещения. Система содержит фотодетектор на передней панели для проверки облучённости, а также электронный визор и кнопки для выбора облучённости и времени освещения.

Одно из основных ограничений использования АЛК или МАЛ в качестве топического пролекарства — это вариабельность продукции протопорфирина IX (PpIX) вследствие поверхностных и метаболических различий опухолевых поражений. Как следствие, результирующая продукция PpIX может быть крайне неоднородной, что приводит к общей неэффективности ответа ФДТ. Невозможно предсказать адекватные концентрацию и распределение PpIX внутри опухоли, но мониторинг флуоресценции ткани можно использовать для косвенного обнаружения присутствия PpIX. Аутофлуоресценция кожи показывает более высокое излучение в зелёном спектре, раковое поражение демонстрирует сниженную аутофлуоресценцию, а PpIX излучает красную флуоресценцию. Возможность качественной оценки продукции PpIX является большим преимуществом для врача при оценке того, был ли данный этап ФДТ выполнен адекватно. Если после времени инкубации крема продукция PpIX отсутствует или она неоднородна, результирующий фотодинамический ответ будет слабым. В этом случае врач должен переоценить подготовку поражения или даже последующее облучение.

Ещё одна значимая клиническая информация, которую можно получить с помощью широкопольной флуоресцентной визуализации, — это анализ результирующего фотовыцветания после завершения облучения (рис. 1, этапы 6 и 8). Это качественная оценка индуцированной фотодинамической реакции, поскольку существует прямая корреляция между фотовыцветанием PpIX и продукцией синглетного кислорода. Фотовыцветание PpIX можно оценить по снижению красной флуоресценции по сравнению с красным излучением до облучения.

Общие частичные результаты многоцентрового исследования

С начала применения ФДТ в настоящем многоцентровом клиническом исследовании в марте 2011 года по июнь 2015 года около 4000 поражений БКК были пролечены с использованием предложенного протокола. Эта база данных постоянно обновляется частичными отчётами с аппаратов ФДТ. Частичные результаты уже опубликованы (Ramirez et al. 2014; Blanco et al. 2015; Buzzá et al. 2016), но основные результаты, оцененные к настоящему времени, демонстрируют, что исследуемый протокол МАЛ-ФДТ эффективен более чем для 85% пролеченных поражений (полный опухолевый ответ по данным панч-биопсии через 30 дней после лечения). Одна важная особенность была отмечена при рассмотрении показателя полного ответа: когда ФДТ выполнялась опытным дерматологом, показатели могли достигать 95%, но у тех, кто не имел предыдущего опыта, достигнутые показатели были ниже. Наша гипотеза, основанная на анализе пролеченных случаев, заключается в том, что опытные врачи более строго подходят к показаниям для МАЛ-ФДТ, поскольку они уже знают, какие поражения отвечают лучше. Этот факт указывает на значимость обучения, а также более тесного динамического наблюдения медицинской команды, особенно для обсуждения отбора поражений.

Был только один случай неожиданного побочного эффекта: у одного пациента с поражением на носу после первого сеанса ФДТ развилось умеренное/тяжёлое воспалительное состояние, которое было купировано топическим кортикостероидным кремом, но воспрепятствовало проведению второго сеанса на седьмой день.

В центре ФДТ в больнице Amaral Carvalho было проведено двойное слепое исследование, сравнивающее эффективность лечения АЛК-ФДТ, МАЛ-ФДТ и хирургического вмешательства у 600 пациентов. Клинические этапы завершены; результаты находятся на анализе и будут представлены в научной статье.

Неонкологические протоколы

В целях оценки эффективности фотодиагностики и ФДТ для лечения потенциально злокачественных поражений, а также разработки протоколов местной инактивации микроорганизмов при инфицированных поражениях были также выполнены другие исследования и разработки аппаратуры. Примерами целевых потенциально злокачественных поражений являются остроконечные кондиломы, вызванные вирусом папилломы человека (ВПЧ), у женщин (Inada et al. 2012) и актинический хейлит (Takahama et al. 2013), а текущие клинические испытания проводятся при цервикальной интраэпителиальной неоплазии (CIN), актиническом кератозе и полях канцеризации.

Применительно к фотодинамической терапии инфекционных заболеваний наша группа и сотрудники исследуют и разрабатывают протоколы при онихомикозе (Silva et al. 2013), протезном стоматите (Mima et al. 2011), питиозе (Pires et al. 2012, 2014), фарингите и инфицированных кожных язвах.

Заключительные замечания

Фотодинамическая терапия демонстрирует эффективные результаты для местного лечения рака и инфицированных поражений. Несмотря на то что ФДТ обладает рядом преимуществ по сравнению с хирургической резекцией для лечения поверхностной БКК, её широкое использование затруднено из-за ограничений, связанных главным образом со стоимостью осветительного оборудования и фотопрепарата. В Бразилии благодаря национальной программе, финансируемой BNDES (Бразильский банк развития), учёные, клиницисты и технологические компании смогли совместно работать над созданием многоцентрового клинического исследования. Полученные результаты показали, что протоколы ФДТ имеют сходный ответ по сравнению с представленными в литературе данными с использованием зарубежных препарата и устройств. Анализируя результаты и сравнивая созданные центры, можно сделать вывод о значимости обучения медицинской команды, а также более тесного курирования неопытных команд. Правильное определение показаний к МАЛ-ФДТ явилось основным фактором, способствующим более высоким показателям полного ответа, что преимущественно наблюдалось в центрах с указанным предыдущим опытом применения ФДТ. Результатом этой программы стало внедрение 70 центров ФДТ, включая центры в медицинских учреждениях низового уровня.

Благодарности

Авторы выражают глубокую признательность за финансовую поддержку, предоставленную BNDES и FINEP; за партнёрство с MMOptics и PDT Pharma; за институциональную поддержку Университета Сан-Паулу, Федерального университета Сан-Карлуса и больницы Amaral Carvalho; а также нашей бразильской команде исследователей и аспирантов, которые были всецело привержены реализации этой программы: Ana Gabriela Salvio, Natalia Mayumi Inada, Lilian Tan Moriyama, José Dirceu Vollet-Filho, Clovis Grecco, Dora Patricia Ramirez, Kate Cristina Blanco, Hilde Harb Buzzá, Cintia Teles Andrade, Layla Pires, Ana Paula Silva, Mirian Stringasci, Daniel Bonini, Ana Elisa Serafim Jorge, Mariana Torres Carvalho и Sebastião Pratavieira. Особая благодарность также техническим специалистам компаний-партнёров Luiz Antonio de Oliveira, Anderson Zanchin и Rodrigo Costa e Silva.

Литература