光动力荧光诊断在皮肤疾病的应用进展.pdf
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1、专家笔谈Apr.2023,Vol.40,No.2Dermatology Bulletin158皮肤科学通报2023年4月第40 卷第2 期光动力荧光诊断在皮肤疾病的应用进展王佩茹,陈迪琰,王秀丽摘要光动力荧光诊断是利用光敏剂在物理退激过程中所产生的荧光进行疾病诊断的一种无创诊断方法,具有操作简便,灵敏度高,可实时监测等特点。光动力荧光诊断在皮肤疾病中常用于非黑素皮肤肿瘤、光线性角化病和尖锐湿疣的皮损定位指导光动力治疗或其他治疗方案,也逐渐应用于毛囊皮脂腺相关疾病以及某些炎症性、感染性疾病等,在疾病辅助诊断、疗效监测和临床随访中发挥重要作用。本文阐述光动力荧光诊断的作用机制以及在上述皮肤疾病中的
2、应用进展。关键词光动力荧光诊断;光动力治疗;光敏剂;皮肤肿瘤中图分类号R751文献标识码A文章编号2096-4382(2023)02-0158-06Progress of Photoaynamic Diagnosis in DermatosesWANG Peiru,CHENDiyan,WANG Xiuli(Institute of Photomedicine,Shanghai Skin Disease Hospital,Tongji University School of Medicine,Shanghai 200443,China)Corresponding authorWANG Xiul
3、i,E-mail:wangxiuli_1400023 AbstractPhotodynamic diagnosis(PDD)is a noninvasive diagnostic method using fluorescencegenerated by photosensitizers during physical depolarization.It is characterized bysimple operation,high sensitivity,and real-time monitoring.It has been used to guidephotodynamic thera
4、py or other treatment modality for non-melanoma skin cancer,actinickeratosis,and condyloma acuminatum.PDD is also gradually applied to follicular基金项目国家重点研发计划(2 0 2 2 YFC2504705);国家自然科学基金资助面上项目(8 2 0 7 30 13)上海申康医院发展中心第二轮促进市级医院临床技能与临床创新三年行动计划研究型医师创新转化能力培训项目(SHDC2022CRT017)作者单位上海市皮肤病医院,同济大学医学院光医学研究所,上
5、海2 0 0 443通信作者王秀丽,E-mail:wangxiuli_http:/http:/:159?皮肤科学通报2 0 2 3年4月第40 卷第2 期sebaceous gland-related diseases,inflammatory and infectious skin diseases.PDD plays animportant role in the ancillary diagnosis of disease,therapeutic efficacy monitoring andclinical follow-up.This review reveals the mecha
6、nism of photodynamic diagnosis and itsapplication in the above-mentioned skin diseases.Key wordsPhotodynamic diagnosis;Photodynamic therapy;Photosensitizers;Cutaneous tumor1905年,VonTappeiner等开始运用光动力疗法(Photodynamic therapy,PDT)治疗皮肤癌1,192 4 年Lam首次观察到吓啉对恶性肿瘤的荧光定位作用,但当时误以为感染导致而被忽略。1951年Manga-niello发现在一些
7、非肿瘤部位,如伤口、淋巴结、胎盘亦会富集啉化合物。2 0 世纪50 年代,Figge报道Hp能在肿瘤组织、胚胎组织与创伤组织中较多存留,促使人们开始尝试将光敏剂产生的荧光用于肿瘤诊断,此后光动力荧光诊断(photodynamic diagno-sis,PDD)被真正应用到临床诊断中2-7 。PDD是利用光敏剂在物理退激过程中所产生的荧光进行疾病诊断的一种无创诊断方法,又称光敏剂介导荧光诊断8 。在光敏剂系统或局部应用后,运用特定波长的光照射肿瘤组织或增生活跃的组织,以激发光敏剂,使目标组织显示出特定荧光,从而进行辅助诊断。与光动力荧光诊断相对的是自体荧光检测,其通过光源诱导组织本身产生的固有荧
8、光,评估组织性质差异。PDD与自体荧光检测统称为荧光诊断(flourescence diagnosis,FD)。PD D 是一种极有潜力的新兴诊断技术,具有非介人式、不损伤正常组织、快速灵敏等优点,从肿瘤的诊断、定位现已发展到HPV感染性疾病和炎症性疾病的诊断应用,具有更广阔的应用前景,本文重点阐述PDD在皮肤疾病的应用进展1光动力荧光诊断的作用机制当光敏剂被肿瘤或增生旺盛的组织吸收后,经过特定波长的光照射后,处于基态的光敏剂吸收光能量,从基态跃迁到不稳定的单态激发态,再迅速通过物理退激释放能量、发射荧光而回到稳定基态。此时,检测荧光即可对肿瘤细胞或增生活跃的细胞进行定位,即为PDD。而当光敏
9、剂被特定波长的激光发到单态激发态时,通过化学退激不直接回到基态,而是转变为相对稳定的三重激发态,把能量传递给周围的氧,发生光动力反应生成活性很强的单态氧等活性氧分子,单态氧等活性氧和相邻的多种生物大分子发生反应,产生一系列生物学效应,包括诱发细胞坏死、调亡等,产生治疗作用,即PDT9。通常PDD是用能量高的波长较短的光激发,治疗时选择穿透深的波长较长的光。PDD应用的基础是光敏剂,其性质直接影响诊断结果。目前,5-氨基酮戊酸(5-aminolevulinic acid,ALA)是皮肤科临床应用较为广泛的光敏剂。ALA是一种天然亲水性小分子化合物,在细胞内代谢快,因此能够局部用药于皮肤或黏膜上。
10、ALA本身不具有光敏作用,是内源性光敏物质原叭啉IX(Pr o t o-porphyrin IX,PpIX)的天然前体,即光敏剂PpIX的前体药物。正常生理情况下,内源性ALA和PpIX是血红素合成途径的中间产物,分别受到两种限速酶ALA合成酶和亚铁螯合酶的调控,以避免ALA或PpIX的过度蓄积。大量外源性ALA进人机体后,能被肿瘤细胞和其他增生旺盛的细胞选择性地吸收,跳过ALA合成酶的限速,代谢成大量PpIX在细胞内,同时由于限速酶亚铁螯合酶的存在,大部分PpIX并不能转化为血红素,导致细胞内聚集大量PpIX。Pp IX 能够强烈吸收紫外线光谱范围内的光并发出红色荧光,通过探测红色荧光的范围
11、和强度,即可用于肿瘤或增殖旺盛组织的定位诊断10-4。5-氨基酮戊酸甲酯(methyl aminolevulinate,M A L)是另一种局部应用较为广泛的叶啉类光敏剂,其与ALA荧光诊断的应用范围类似15-16 。本研究团队通过光动力荧光诊断确定了PDT治疗尖锐湿疣时PpIX砖红色荧光主要富集于表皮,因而PDT作用在表皮治疗后无瘢痕形成17 。还通过光动力荧光诊断直接在组织学证实了ALA外用后PpIX砖红色荧光富集在毛囊皮脂腺单位,确定了毛囊皮脂腺是PDT治疗痤疮的直接靶点,也为光动力治疗其他毛囊皮脂腺疾病提供直接依据18 在使用ALA-PDD技术进行皮肤病诊断时,应根据不同的疾病类型选择
12、合适的ALA乳膏浓度,并将其涂抹于皮损表面和边缘处。经过避光封包孵育数小时后,使用LED激发的紫外光源,临床常用的为伍德灯照射皮损区域进行PDD。阳性结果表现为.160皮肤科学通报2 0 2 3年4月第40 卷第2 期明显的砖红色荧光斑,可以清晰地界定皮损及边缘对于皮肤肿瘤的性质,需要结合皮损组织病理学的确诊结果。多数情况下,PDD是在PDT前用于皮损定位或划定边界。如果单纯进行PDD进行术前诊断,建议ALA敷药浓度不宜过高,一般推荐2%3%ALA浓度;敷药时间要短于PDT,以1 3h为宜,以防正常组织过多吸收使皮损和背景的界限不清,用伍德灯激发PDD拍照时可以加用特殊的黄色滤光片,以减少伍德
13、灯发射的蓝光干扰。除了外用光敏剂,国内已上市的系统性光敏剂还包括血叶啉衍生物(Hematoporphyrinderivative,HpD)和海姆泊芬(Hemoporfin,H M M E)等。HpD-PDT先前已被用于口腔癌和喉癌、膀胱癌、肺癌、乳腺癌的治疗。本团队将HpD-PDT用于乳房外Paget病、皮肤鳞状细胞癌等难治性非黑素皮肤肿瘤,应用于HpD 荧光诊断及定量研究了HpD 在皮肤肿瘤的荧光动力学过程,确定了HpD-PDT治疗皮肤肿瘤的参数19。对于皮肤肿瘤患者,静脉注射HpD后,应用40 5nm左右的光源进行荧光激发并定量,发现皮肤肿瘤患者皮损的相对荧光强度2 4h明显增加,在48h
14、和7 2 h达到峰值,因而选择48 h和7 2 h进行两次照光。其后荧光强度在第1周和第2 周明显下降,第4周回到基线水平19O2光动力荧光诊断的临床应用PDD的发展与PDT治疗方法密切相关,多数情况下PDD和PDT联合应用于皮肤疾病的诊治2 0 。PDD可进行疾病辅助诊断、药物渗透及富集情况的评价优化治疗参数、治疗前皮损范围的确定、疗效评价及随访等方面。2.1ALA-PDD用于非黑素皮肤肿瘤及癌前病变光线性角化病是一种皮肤癌前病变,PDT已成为光线性角化病一线治疗方案。PDD不仅可以辅助定位癌前病变光线性角化病(AK)的皮损部位,也可进一步确定亚临床病灶的存在。虽然AK目前的诊断金标准为组织
15、病理检查,但有研究提出大量AK患者尤其是多发AK患者多合并区域性癌化2 1,即在日光损伤的皮肤区域出现多个病灶,其中很多皮损处于亚临床阶段2 2 。组织病理学检查无法对每一块可疑皮损都进行活检,故采用无创诊断显得十分重要。在PDT治疗AK时,有效利用PDD可辅助AK区域癌化范围的定位诊断并指示亚临床病灶(图1)。图1AK患者面部外敷10%ALA乳膏后3h,伍德灯下荧光图像可见AK亚临床病灶http:/http:/XOX.161皮肤科学通报2 0 2 3年4月第40 卷第2 期PDD可对基底细胞癌(BCC)、皮肤鳞状细胞癌(c SCC)、鲍恩病(BD)和乳房外Paget病(EMPD)等非黑素皮肤
16、肿瘤进行有效辅助诊断。当患者接受ALA-PDD检测时,肿瘤皮损处显示砖红色荧光,而正常皮肤不呈现荧光表现。在皮损区域与正常皮肤的荧光强度对比显著,边缘轮廓清晰。通过综合临床表现和PDD结果,可以进一步诊断病情。肿瘤患者进行PDD检测的结果通常与病理诊断结果高度一致2 3。在一项针对6 0 例皮肤肿瘤患者(2 0 例Bowen病、2 0 例SCC和2 0 例BCC)的PDD临床研究显示,肿瘤皮损部位与正常皮肤荧光对比显著,边缘显示清晰(P0.0001),PD D 技术评估鳞状细胞癌敏感性、特异性分别为92.7 4%和95.7 7%2 4。在另一项ALA-PDT治疗鲍恩病研究中,通过PDD可证明梅
17、花针预处理皮损能够提高ALA在鲍恩病皮损中的渗透,佐证了梅花针预处理可提高ALA-PDT 治疗鲍恩病的皮损清除率2 5 PDD辅助诊断还体现在PDD可术前明确皮损边界,指导手术切缘,术后进行荧光诊断评估病灶残留情况,进一步降低疾病复发率并避免过度切除造成的术后康复困难2 6 。PDD理论上可作为Mohs显微手术的术前准备程序,对肿瘤皮损面积进行测量,对皮损边界进行精确定位,以减少手术步骤,缩短手术时间,提高手术效率2 7 。非色素型BCC 患者在Mohs术前用PDD确定皮损边缘可明显减小手术切口,提示PDD可用于Mohs术前精确定位皮损边缘,从而提高清除率,促进创面愈合,减少术后复发2 8 P
18、DD还可有效检测PDT疗效,在非黑素皮肤肿瘤患者中,PDT治疗后即刻的荧光强度的变化与临床病理诊断的缓解程度存在相关性,荧光强度降低越多,临床缓解越好,且病理缓解程度越高10 。此外,非黑素皮肤肿瘤患者接受PDT治疗后的皮损面积可用PDD评估,皮损面积较前减小则证明治疗有效,因此可进行动态的疗效判断。在PDT治疗结束后,可用PDD检测皮损进行长期随访,以实现多时间节点、无创性辅助检查评估皮损复发情况。2.2ALA-PDD用于HPV感染性疾病20世纪90 年代,本团队将ALA-PDT用于治疗尖锐湿疣,并正式开启国内ALA-PDD应用研究,后续在国际上首次系统性报道ALA-PDT治疗尖锐湿疣的有效
19、性及安全性2 9】,并进一步证明了ALA-PDT只作用于表皮组织,因而不会导致PDT治疗后瘢痕形成17 。本团队通过对6 0 例尿道尖锐湿疣患者进行PpIX荧光强度定位和定量分析,并发现在ALA浓度为10%时,皮损内荧光较对照组明显升高。PDD可发现醋酸白试验无法检测出的HPV亚临床感染皮损。本团队通过PDD对30 例尖锐湿疣和6例鲍恩样丘疹病患者的皮损及其周围2 cm区域进行研究,发现PDD可有效指示亚临床皮损、HPV潜伏感染,且对潜伏感染的诊断明显优于醋酸白试验,CA患者皮损周围1cm以内“正常皮肤”检测到HPV-DNA,同时皮损周围2 cm依然也有可能检测到HPV-DNA。首次提出了在光
20、动力治疗中扩大ALA敷药面积至皮损边缘2 cm的治疗理念,并通过该技术成功地清除了尖锐湿疣中的亚临床感染和潜伏感染,有效降低了复发率30-1。虽然ALA-PDD技术具有诊断价值,但由于单独诊断使用费用较高与必备检测条件的限制,目前还不能完全代替醋酸白试验。PDD也被用于宫颈上皮内病变的辅助诊断,研究发现宫颈上皮内病变患者病变级别越高,荧光强度越强,因此PDD可指导制定临床PDT治疗参数及疗程。近年来发现,PDD还可辅助外阴上皮内病变的早期诊断与精确定位32 2.3ALA-PDD用于其他疾病本团队还在治疗前使用PDD的PpIX荧光协助显示皮肤真菌肉芽肿的皮损范围,发现白色念珠菌感染所致的皮肤肉芽
21、肿外敷2 0%ALA乳膏4h后在伍德灯下可显示明显砖红色荧光33,这提示ALA-PDT可作为除抗真菌口服药物和外用药之外一种新的治疗方法尝试或作为抗真菌药物应用受限时一种治疗选择圣33-34在PDD证实毛囊皮脂腺是PDT治疗痤疮的直接靶点后,本团队通过ALA-PDD逐步优化PDT痤疮治疗参数,并在此基础上提出PDT疼痛阈值理论及改良无痛光动力方案35-37O2.4HpD-PDD用于皮肤肿瘤的诊断及随访本团队在非黑素皮肤肿瘤的系统性HpD-PDT治疗中,HpD在静脉注射后48 h和7 2 h 可在肿瘤组织内明显富集,通过划定皮损外1 2 cm作为光动力治疗区域,可减少病灶残留、降低复发率。另外,
22、通过荧光诊断可以发现肉眼及常规无创诊断技术难以发现或明确的多发性、隐匿性、残留性皮损http:/.162皮肤科学通报2 0 2 3年4月第40 卷第2 期(图2),尤其是在复发性EMPD中,可检测出临床和无创诊断未检出的可疑复发皮损,后予进一步活检提示该部位可见肿瘤细胞,因此,合理应用PDD可提高隐匿性、多发性非黑素皮肤肿瘤皮损检出率。在EMPD的HpD-PDT治疗过程中,通过HpD-PDD可评估体内的光敏剂的滞留和代谢情况,可指导接受HpD-PDT患者选择合适的避光时间,并进一步优化了HpD-PDT的治疗参数19图2乳房外Paget病患者静脉注射HpD.48h后,伍德灯下可见病灶区域明显红色
23、荧光与正常皮肤明显区分3光动力诊断的未来展望PDD的应用价值主要包括药物富集的可视化、潜在感染/亚临床皮损的定位、复发性、多灶性或跳跃性皮损的检测、光敏剂药物浓度的分析、治疗时间点的选择和照光参数的指导、辅助探索PDT治疗的作用靶点、疗效判断和动态观察、皮肤肿瘤治疗边界的划定和减少疾病复发,以及作为PDT治疗或其他肿瘤治疗后随访和复发的辅助检测工具。现阶段PDD的特异性还有待进一步提高,特别是黏膜部位的皮损。PDD的诊断结果会受光敏剂、激发波长、激发光强度、皮损类型、皮损及皮损周围皮肤生理病理状态影响,这就要求更多的科学对照研究为临床应用提供证据支持。近年来,纳米技术和纳米医学的出现,在包括肿
24、瘤在内的各种疾病的早期诊断和治疗方面取得了重大成就38 8。目前,相关纳米颗粒(n a n o p a r t i c l e s,NPs),包括有机、无机和碳基NPs39-40,进一步推动了PDD和PDT的发展。NPs因其特殊的物理化学属性,能够通过化学修饰,实现靶向肿瘤细胞进行光敏剂输送的高度选择性和特异性。NPs还可控制光敏剂的释放,改善PDT的治疗效果4142 。大部分NPs的尺寸小,有利于肿瘤微血管对NPs的吸收,从而促进光敏剂的内化。NPs的表面积与体积比较高,能够负载较高剂量的光敏剂,从而促进肿瘤细胞中光敏剂的富集39,41随着PDD不断发展和完善,包括参数优化、新型光敏剂的研发
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