吴立国，董宝瑜（综述），董国成，肖德宝（审校）

（1.河北省唐山市丰南区中医院骨科，河北唐山063300；2.河北省唐山市丰南区卫生防疫站门诊部，河北唐山063300；3.燕山大学环境与化学工程学院化工系，河北秦皇岛066004）

·综 述·

光动力医学在骨肿瘤诊断和治疗基础研究中的应用

吴立国1，董宝瑜（1综述），董国成2，肖德宝（3审校）

（1.河北省唐山市丰南区中医院骨科，河北唐山063300；2.河北省唐山市丰南区卫生防疫站门诊部，河北唐山063300；3.燕山大学环境与化学工程学院化工系，河北秦皇岛066004）

骨肿瘤；光动力医学；综述文献

光动力医学，包括光诊断和光动力治疗（photodiagnosis and photodynamic therapy），是一种新兴的癌症诊断和治疗手段，在日本、美国、加拿大等发达国家已广泛应用。目前，荷兰爱思维尔（Elsevier）出版公司以月刊的形式出版Photodiagnosis and Photodynamic Therapy（光诊断与光动力治疗）杂志，报道国际范围内光动力医学基础研究和应用研究的最新成果，该杂志2010年SCI影响因子为2.302。至今，光动力诊断和治疗领域仍然是应用基础研究的热点领域。将光动力医学引入恶性骨肿瘤的诊断与治疗具有重要的理论意义和现实意义［1-2］。本文就光动力医学在骨肿瘤诊断和治疗基础研究中的应用综述如下。

1 光动力治疗和诊断癌症的机制及特点

光敏药物，即光敏化剂分子通过静脉注入人体，经过一段时间，敏化剂分子选择性的在人体各组织、器官分布。目前临床使用的光敏药物可高选择性的与肿瘤组织结合，在正常的组织细胞中浓度较低。经特定波长的激光照射后，通常为红光（单光子激发）或红外光（双光子激发），敏化剂分子激发到单重态，通过细胞间隙窜跃到达三重态，三重态将其能量转移给氧分子，从而使得组织中三重态氧敏化，获得能量产生单重态氧等活性氧物种，进而发生一系列的生物化学反应，导致细胞毒理反应，诱导周围癌细胞凋亡［3］。一般认为，光动力治疗中毒理作用的发挥通过以下途径：一是活性氧物种对肿瘤细胞的直接杀伤作用；二是基于对肿瘤组织的血管的破坏作用；三是诱导癌细胞凋亡。光敏剂分子发光强度足够时，可用于光成像，从而用做光诊断。

在光动力治疗过程中，不可缺少的条件是光敏化剂，即治疗用的药物、激光和氧气，而氧气在组织中都存在。光敏化剂是光动力治疗的重要部分，光化学、光物理学家和医学家一直致力于高效光敏剂的研究与开发。单纯基于有机小分子体系的敏化剂的基础研究和临床应用研究主要集中在卟啉、酞菁、甲基蓝、C60类的衍生物方面。纳米科技的发展为光动力治疗光敏剂的研发提供了不可多得的契机。近十几年来，通过无机纳米材料的研究与光动力治疗光敏化剂体系研究的接合，使其有了突破性的进展，在医疗实践中具有潜在的应用前景［4-5］。

就特点而言，光动力治疗与常规的手术、放疗和化疗等治疗方法相比具有微创、不良反应小、对肿瘤组织的高选择性杀伤等优点。与手术、化疗及放疗联合使用可缩小手术的范围、改善手术的愈合、降低肿瘤复发率及保留更好的肢体功能，改善预后。广泛应用于浅表性疾病的治疗，如皮肤癌、头颈部肿瘤、肺癌及乳腺癌等恶性肿瘤的治疗。双光子技术的使用使得红外光激发成为可能，从而有利于将光动力治疗应用于位置更深的癌症治疗［6-8］。

2 光动力诊断和治疗在骨肿瘤基础研究中的应用

骨肿瘤起源于间叶组织，能产生骨样组织的梭形基质细胞，是儿童和成人最常见的主要的恶性骨肿瘤［9-10］，总发病率每年每百万人中约3人。直到20世纪70年代，骨肿瘤大多数可通过截肢治疗或放射治疗。尽管局部肿瘤可以控制，但是大多数骨肉瘤患者在短期内因肺转移而死亡，2年生存率为15%～20%。在20世纪70年代，针对缩小初级肿瘤和肿瘤周围的瘤腺体以及清除微转移，引入了辅助化疗。目前，联合应用四肢手术和多种药物联合化疗，可以使得5年生存率在50%～70%。然而，30%～40%患者在诊断3年后复发，甚至结果更差。最近，光动力医学法已经被考虑用于高度侵犯性转移的骨肉瘤的诊断和有效治疗，并通常联合常规使用的辅助化疗药物。

5，10，15，20-四（羟基苯基）二氢卟吩是迄今为止在临床上治疗头部和颈部癌症的最有效的光动力治疗药物。有研究［11］报道将5，10，15，20-四（羟基苯基）二氢卟吩光敏剂注入转移性人骨肉瘤细胞系143B的SCID小鼠的胫骨，建立模型，并经过癌细胞的肺转移导致死亡，然后研究了光敏剂在鼠体内吸收、暗毒性和的体外光毒性。他们发现药物在细胞系中的吸收呈现时间依赖性和药物剂量依赖性。5，10，15，20-四（羟基苯基）二氢卟吩光敏剂对转移性骨肉瘤细胞系143B的细胞具有一定的暗毒性，用652 nm激光照射时最大半致死浓度为0.012～0.047mg/L。通过该药物进行光动力治疗可以激活caspase-3、caspase-7和caspase-9，从而诱导癌细胞的凋亡。证明了5，10，15，20-四（羟基苯基）二氢卟吩对转移性143B人骨肉瘤细胞系的光动力治疗有效性。

目前，人们开发出多种成像方法用于人体中骨恶性肿瘤的体外检测，如闪烁扫描法和正电子断层扫描法，但是这些方法准确度不高，并且都非常昂贵。为了解决这些问题，有研究组［12］开发了一种基于丫啶橙（Acridine Orange，AO）的光动力诊断的新的成像方法。AO在恶性肿瘤组织中快速选择性吸收，在受蓝光激发后，发出明亮的绿色荧光。因此，AO在光动力治疗中具有2个作用：一是通过其强烈的发光对癌症病灶进行定位，从而用于诊断；二是具有独特的生物活性，在蓝光照射下，具有强烈的杀伤细胞的作用。因而，AO既可以作为光动力诊断试剂又可以作为光动力治疗的药物［12］。此外，在利用AO的光动力治疗方面，有研究组尝试开发了一种新的手术技术用于彻底清除肿瘤细胞［13］。他们用AO做光动力治疗药物，应用于小鼠骨肉瘤模型。结果表明，联合光动力治疗和手术治疗组局部肿瘤复发率降低至23%，而对照组仅手术刮除治疗复发率为80%。因此，他们得出结论，在肌骨恶性肿瘤的治疗中，AO联合手术治疗是彻底清除癌细胞的有效方法，并且该方法对正常细胞的损伤最小。

有研究［14］采用苯并叶绿卟啉，使用630nm激光照射骨肉瘤细胞，考察了激光照射能量、光敏化剂浓度、作用时间等因素对肿瘤细胞抑制率的影响。他们最终得出结论，苯并叶绿卟啉介导的光动力治疗对小鼠骨肉瘤LM-8细胞具有明显的杀伤作用；肿瘤细胞的杀伤机制是通过坏死和诱导细胞凋亡。此外，手术切除结合光动力治疗相对于单纯肿瘤手术边缘切除法而言，能够有效降低小鼠移植骨肉瘤的局部复发率。该研究组也考察了光敏剂PSD-007对小鼠骨肉瘤细胞LM-8的体外及体内光动力治疗的效果［15］。研究将PSD-007与LM-8细胞共同孵育后进行激光照射，采用四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色法测定吸光度值，计算得到肿瘤细胞的抑制率。40只C3H小鼠接种LM-8细胞后，皮下瘤块直径可以达到7～8mm。将模型小鼠随机分为对照组、空白组、生理盐水加光照、注射PSD-007不光照和光动力治疗组。光敏剂注射剂量分别为5mg/kg和10mg/kg PSD-007。6h后以激光照射0.1周后测量瘤体大小、质量，计算抑瘤率并行病理学检查。C3H小鼠30只建立肿瘤模型，肿瘤直径达10～12mm时，分别进行肿瘤边缘切除无光动力治疗（对照组）、边缘切除后240J/cm2光动力治疗及边缘切除后360J/cm2光动力治疗。4周后比较肿瘤的复发率。结果表明，体外只光照或只注射PSD-007对LM-8细胞均无杀伤作用。而PSD-007浓度越高、激光照射强度越大，LM-8细胞在540nm处的吸光度值越小。PSD-007浓度＞4mg/L，光照强度＞6J/cm2时，抑制率＞50%。光学显微镜下观察可以看出细胞形态呈坏死或凋亡样改变。体内实验显示光动力治疗组的肿瘤体积及瘤质量均减小，肿瘤边缘切除高强度激光照射组的复发率较对照组低。因此，他们得出结论，PSD-007对LM-8细胞有明确的光动力治疗效果，光敏化剂浓度和激光照射强度与光动力治疗效果呈正相关，光动力疗法可以降低肿瘤边缘切除后的复发率。

3 问题与展望

光动力医学在骨肿瘤的诊断和治疗中的应用多数还处于基础研究阶段，将其付诸于医疗实践还有很长的路要走。近些年来，在光动力医学的基础研究中引进了双光子技术，从而使得激光的穿透能力大大增加。基于能量传递对光动力过程进行改进也从很大的程度上提高了活性氧产生的效率。在骨科的临床医学中，光动力疗法均出现了很多有益的尝试。光动力治疗辅助手术以及放疗、化疗可以有效地降低骨癌的复发率。笔者认为，未来的研究重点应该是在临床实践中的探索和积累经验。相信在不远的将来，光动力疗法在骨科乃至整个医学界会发挥更重要的作用。

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（本文编辑：赵丽洁）

R738.1

A

1007-3205（2013）09-1102-03

2013-04-15；

2013-05-28

河北省2012年科学技术研究与发展计划项目（122777121）

吴立国（1971-），男，河北唐山人，河北省唐山市丰南区中医院主治医师，医学学士，从事骨科疾病诊治研究。

10.3969/j.issn.1007-3205.2013.09.045