第一节 光动力治疗的作用原理
光动力疗法的原理是利用特定波长的激光照射肿瘤局部以激发积聚于肿瘤组织中的光敏剂，通过光化学反应产生的单线态氧、氧自由基和血栓素A2等选择性作用于肿瘤细胞，从而导致肿瘤细胞直接死亡、瘤组织中的微血管栓塞及肿瘤组织崩解，进而达到治疗作用。
研究表明，光动力治疗对肿瘤的作用主要体现在两个方面：一是对肿瘤细胞的直接杀伤作用；二是通过作用于肿瘤细胞的微血管造成血管完全封闭，使肿瘤组织缺氧和营养枯竭，从而导致肿瘤组织坏死。
一、光敏剂与光敏药物
1.概述
光敏剂是指能吸收特定波长光的能量并传递给周围的分子，从而产生活性氧等毒性物质的一类化学物质。由光敏剂引发的光化学反应称为光敏反应。一般将有氧分子参与并伴随生物效应的光敏反应称为光动力反应，而将可引发光动力反应并破坏细胞结构的药物称为光动力药物，即光敏药物。
2.治疗肿瘤理想的光敏剂
理想的治疗肿瘤的光敏剂应具备以下条件：①成分最好为单纯的化合物，而非混合物；②靶组织选择性高，且能使靶组织内的浓度迅速达到最高；③最长激发可达到红外区或近红外区，激发后的活性氧产量高；④在体内的清除时间短，黑暗情况下无毒副作用，即光毒性短和无暗毒性。
就临床上来说，光动力学疗法使用的光敏剂的选择原则为：①对机体无副作用、安全；②肿瘤选择性摄入高，正常组织能够快速排泄；③光敏化作用强，所产生的单态氧产量多。目前还没有完全满足这些条件的光敏剂。
3.目前正式注册批准的光敏药物
根据来源和结构，可笼统地将光敏剂分为血卟啉、叶绿素和染料三大类。光动力治疗早期研发的光敏剂多为基于血卟啉衍生物（hematoporphyrin derivative，HpD）的混合卟啉，如2001年扬州生化制药厂吴正贵等研制的光卟啉和第二军医大学许德余等研制的PSD-007（癌光啉），由美国Roswell Park肿瘤研究所研制的Photofrin，该药于1993年在加拿大获准用于光动力疗法治疗膀胱癌，这是光敏剂获得的全球第一个批证。此后，Photofrin又在美国、欧洲和亚洲多国获得多种肿瘤适应证批证，该药在2001年获中国国家药监局批准用于肿瘤治疗，现用名为血卟啉注射液（喜泊分）。后又出现血卟啉类第二代光敏剂——血卟啉单甲醚（HMME），也称海姆泊芬，是许德余等研制的一种单体卟啉，具有成分和结构明确、光敏化作用强、排泄较快等特点，目前主要用于治疗鲜红斑痣。不久后又出现小分子光敏剂，5-氨基酮戊酸或δ-氨基酮戊酸或氨基乙酰丙酸（ALA），其为原卟啉Ⅸ（PpⅨ）的前体，本身无治疗作用，经线粒体内外的一些酶代谢成为原卟啉Ⅸ后才具有光敏效应。其外用制剂在皮肤和黏膜吸收转化快，是体表光动力治疗和光动力诊断（photodynamic diagnosis，PDD）的理想药物。目前国产仿制药艾拉（ALA）已获批用于尖锐湿疣，并以非标示外用药用于痤疮和皮肤肿瘤的治疗。
叶绿素类和染料类光敏剂现多用于基础研究，有的已经进入临床试验。叶绿素类光敏剂，有二氢卟酚e6、BPD-MA、mTHPC、CPD4、CDHS801等，在基础实验中多有应用，实验显示它们具有良好的光动力效应，将来有很好的应用前景。染料类光敏剂有酞菁染料类、金丝桃素、竹红菌素和吩噻嗪类等。其中我国研制的酞菁染料类光敏剂福大赛因（ZnPcS2P2）已进入临床试验，有望在将来给予临床医师更多的选择。
目前临床应用的光敏剂有Photofrin、Visudyne（通用名Verteporfin，化学结构简称BPD-MA）、5-氨基酮戊酸（5-aminolaevulinic acid，ALA）和我国重庆华鼎的喜泊分（HYPOFIN）。Photofrin是一种从牛血中提取并进行化学改性的卟啉低聚体混合物，可用于食管癌、肺癌、膀胱癌、宫颈癌与皮肤癌中某些类型肿瘤患者的常规治疗；Visudyne和5-氨基酮戊酸主要用于非肿瘤性疾病（老年性眼底黄斑病变、光化学性角化病）的治疗。
二、激发光与光源
激发光是光动力反应中不可或缺的三要素之一，对光动力治疗的效果具有决定性的影响。一个好的激发光源应具有与光敏剂和靶组织光动力学特性相匹配的发射光谱和输出强度，同时还应满足准确、可靠、微创、方便的使用要求。通常发射光谱的确定是兼顾光敏剂吸收率和激发率以及光对靶组织的穿透率，优化选择，以获得最佳的光动力杀伤效率；其输出光功率在可能条件下取得大些，则可为治疗中扩大照射范围和缩短操作时间预留充分的余地。
大多数光敏剂能强烈吸收波长630nm或长于630nm的光。激光是一种具有凝聚性和单色性的可携带性光源，可产生高能量的单一波长光波，其输出功率可被精确调控，能通过纤维光缆直接引导到空腔器官和深入到体内深部进行治疗。光动力治疗中激光的照射能量无需太集中，通常只起激活光敏剂的作用，不会造成照射区的温度明显过高，也不会造成组织热损伤，所以光动力治疗是一种光化学反应诱导的生物化学作用过程。
专用于光动力治疗的光纤系统，包括带弥散端光纤、带球状发射端光纤、带微透镜光纤等几种。
光动力激光治疗仪目前报道的只有英国生产的DIOMED630光动力激光机（图2-1），该激光机是2000年美国FDA批准可与Photofin联合应用于肿瘤治疗的第一台半导体激光器。
图2-1 DIOMED630光动力治疗机及光纤、光敏剂
三、光动力学疗法的治疗步骤
光动力学疗法治疗肿瘤可分为2步来完成：首先是给患者注射光敏剂，然后是对病灶区进行激光照射。具体为先静脉注射光敏剂，在一定时间后（卟啉类光敏剂为48h后）以相对较高的浓度选择性滞留在肿瘤组织中，这时以特定波长（卟啉类光敏剂波长为630nm）的光照射肿瘤部位，在氧分子的参与下，通过光化学反应产生化学性质非常活泼的单态氧（1O2）和/或自由基，氧化多种生物大分子并损伤破坏肿瘤细胞和组织，从而达到治疗目的。