Spectroscopic techniques for photodynamic therapy dosimetry

Abstract: Popular Abstract in Swedish Denna avhandling handlar till stora delar om fotodynamisk tumörterapi (PDT). PDT har sedan början av förra århundradet undersökts som ett tänkbart alternativ till strålningsbehandling, kirurgi och kemoterapi för behandling av cancertumörer i kroppen. Precis som namnet antyder involverar metoden en fotodynamisk reaktion. För att denna reaktion skall ske behövs tre komponenter; ljus, sensibiliserare och syre. Ljuset exciterar sensibiliserarmolekylerna som i sin tur överför en del av energin till bland annat syremolekyler. Syret, som förekommer naturligt i biologisk vävnad, bildar därvid den giftiga molekyl som är den egentliga celldödande substansen. Vävnadsdöd induceras endast då alla tre komponenterna är närvarande; var och en för sig är varken ljuset, sensibiliseraren eller syret skadligt. Likaså beror den totala behandlingsvolymen på mängden ljus och koncentrationen av sensibiliserare och syre. Till exempel gäller att vid obegränsad syretillgång ökar nekrosvolymen med mängden ljus och sensibiliserare. Det är därför av stor vikt att kunna mäta och/eller modellera mängden ljus, sensibiliserare och syre inom den vävnadsvolym man vill behandla. Tursamt nog besitter många sensibiliserare förmågan att fluorescera, vilket underlättar för minimalt invasiva koncentrationsmätningar. Fluorescens är ett fenomen där inkommande ljus absorberas av molekylen för att strax därpå skickas ut med en annan energi och därmed med en annan färg. Detta kan åskådliggöras genom att belysa till exempel en hudtumör, på vilken sedan tidigare någon sensibiliserare administrerats, med blått ljus. De sensibiliserare som använts inom detta avhandlingsarbete fluorescerar därvid i rött. Fluorescensljuset är ofta så starkt att det mänskliga ögat uppfattar ett rött skimmer från tumören. Med hjälp av teknisk utrustning, såsom laser, spektrometer och CDD, är det möjligt att använda fluorescensspektroskopi för att mäta sensibiliserarkoncentration i biologisk vävnad. Vidare kan mängden ljus inom den intressanta vävnadsvolymen beräknas genom att kombinera ett fåtal stickprov, dvs mätningar av ljustransmission i några olika punkter på eller i vävnaden, med en lämplig teoretisk modell för ljusutbredning. På så vis kan man skaffa sig en uppfattning om hur pass långt ljuset utbreder sig och därmed inom hur stora volymer man kan förvänta sig fullgod behandling. Transmissionsmätningar vid flera våglängder, dvs för flera olika färger, kan dessutom relateras till vävnadens syresättning och därmed till syretillgången inom behandlingsområdet. Inom ramen för detta avhandlingsarbete har två frågeställningar undersökts i syfte att förbättra PDT som cancerbehandlingsmetod. Dessa frågeställningar berörs nedan. Många sensibiliserare som används i klinik idag besitter inte optimala tumörlokaliseringsegenskaper. Tyvärr ackumuleras dessa substanser även inom normal, kringliggande vävnad, vilken därmed löper risk att skadas under behandling. Som den första frågeställningen har vi undersökt distributionsmönstret av en ny sensibiliserarformulering för både topisk och intravenös administrering. Dessa försök, som genomförts i två djurmodeller, visade på god förmåga hos sensibiliseraren att lokalisera inom tumörer. Även för patienter med avancerade hudtumörer ledde topisk applicering av den nya substansen till god selektivitet mellan tumör och kringliggande vävnad. Vi, liksom många andra forskargrupper, har uppmärksammat att vävnadens respons på behandling skiljer sig åt mellan patienter. Dessutom varierar sensibiliserarkoncentrationen och ljusgenomsläppligheten lokalt inom tumörvävnaden. Inom avhandlingsarbetets andra huvudspår har vi utvecklat hårdvara och mjukvara för övervakning och kontroll av PDT-behandling. Vår förhoppning är, att genom att anpassa behandlingen till varje individuell patient, kan behandlingsresultatet förbättras. Nuvarande instrument och tillhörande programvara gör det möjligt att anpassa mängden ljus till lokala variationer i vävnadens ljustransmission under behandling av prostatacancer.