NNeeuurroollooggiiaa ii NNeeuurroocchhiirruurrggiiaa PPoollsskkaa 2004; 38, 3

201

Kwas 5-aminolewulinowy (ALA) i jego zastosowania w neurochirurgii

5-Aminolevulinic acid (ALA) and its applications in neurosurgery

Pawe³ Grieb

Zak³ad Farmakologii Doœwiadczalnej, Instytut Medycyny Doœwiadczalnej i Klinicznej PAN im. M. Mossakowskiego w Warszawie

Neurologia i Neurochirurgia Polska 2004; 38, 3: 201–207

Adres do korespondencji: prof. dr hab. med. Pawe³ Grieb, Zak³ad Farmakologii Doœwiadczalnej, Instytut Medycyny Doœwiadczalnej i Klinicznej PAN
im. M. Mossakowskiego, ul. Pawiñskiego 5, 02-106 Warszawa, tel. [phone], faks [phone], e-mail: [e-mail]
Pracê otrzymano: 17.07.2003; przyjêto do druku: 30.04.2004

S

S tt rr e

e ss zz cc zz e

e n

n ii e

e

Kwas delta-aminolewulinowy (ALA) jest prekursorem
syntezy porfiryn, w tym hemu powstaj¹cego we wszyst-
kich komórkach organizmu ssaków. Podanie egzogenne-
go ALA prowadzi do wybiórczej akumulacji innego pre-
kursora hemu, protoporfiryny IX (PpIX), w komórkach
nowotworów, w szczególnoœci w komórkach z³oœliwych
glejaków. Pod wp³ywem œwiat³a fioletowo-niebieskiego
PpIX ulega wzbudzeniu, którego nastêpstwem s¹ fluore-
scencja œwiat³em czerwonym oraz efekty fotodynamicz-
nego utleniania mog¹ce niszczyæ komórki. W neurochi-
rurgii ALA wykorzystuje siê do œródoperacyjnego znako-
wania obszarów infiltrowanych przez ¿ywe, klonogenne
komórki glejakowe w strefie granicznej z³oœliwych gleja-
ków (technika ALA-PDD), co pomaga w ich precyzyj-
nym usuniêciu. Wyniki badañ klinicznych wskazuj¹, ¿e
zastosowanie ALA-PDD w zabiegach resekcji z³oœliwych
glejaków mo¿e prowadziæ do 2-krotnego, statystycznie
istotnego wyd³u¿enia czasu prze¿ycia po operacji. Prowa-
dzone s¹ tak¿e badania dotycz¹ce wykorzystywania ALA
do wybiórczego niszczenia komórek glejakowych in situ
oraz lipofilnych pochodnych ALA o bardziej korzystnych
w³asnoœciach farmakokinetycznych.

S

S³³oow

waa k

kllu

ucczzoow

wee:: glejaki z³oœliwe, kwas delta-aminolewuli-

nowy, protoporfiryna IX, diagnostyka fotodynamiczna, te-
rapia fotodynamiczna.

A

A b

b ss tt rr a

a cc tt

Delta-aminolevulinic acid (ALA) is a precursor of the
synthesis of porphyrins including heme produced in all
mammalian cells. Exogenous ALA induces selective
accumulation of the other heme precursor, protoporphyrin
IX (PpIX), in neoplastic cells, such as those of malignant
gliomas. Upon exposure to violet-blue light PpIX becomes
activated, which results in red-light fluorescence as well, as
in photodynamic oxidations which may be lethal to the cells.
In neurosurgery ALA is used for intraoperative labeling of
the border regions of malignant gliomas infiltrated by alive
clonogenic tumor cells (ALA-PDD), and is helpful in
precise resection of these regions. Clinical data indicate that
ALA-PDD-assisted resection of malignant gliomas may
result in statistically significant prolongation of
postoperative survival. Ongoing research concentrates also
on the use of ALA for a selective elimination of glioma cells
in situ, and on lipophilic ALA derivatives with more
favorable pharmacokinetic properties.

K

Keeyy w

woorrd

dss:: malignant gliomas, delta-aminolevulinic acid,

protoporphyrin IX, photodynamic diagnostics, photodynamic
therapy.

ARTYKU£ POGL¥DOWY/

REVIEW PAPER

NNeeuurroollooggiiaa ii NNeeuurroocchhiirruurrggiiaa PPoollsskkaa 2004; 38, 3

202

Pawe³ Grieb

W

Wssttê

êp

p

Kwas 5-aminolewulinowy, zwany tak¿e kwasem

delta-aminolewulinowym i okreœlany czêsto skrótem
ALA lub 5-ALA (ryc. 1a.) jest piêciowêglowym ami-
nokwasem. Nie wchodzi on, jak inne aminokwasy,
w sk³ad bia³ek, lecz jest prekursorem w syntezie porfi-
ryn – naturalnych barwników wystêpuj¹cych po-
wszechnie w organizmach ¿ywych i odgrywaj¹cych
szereg podstawowych funkcji fizjologicznych (foto-
synteza, przenoszenie tlenu, reakcje redoks) [1].

ALA jest herbicydem (œrodkiem chwastobójczym)

[2], insektycydem (œrodkiem owadobójczym) [3]
oraz jest wykorzystywany do diagnostyki i leczenia no-
wotworów [4]. Co ciekawe, wszystkie te, z pozoru od-
leg³e od siebie zastosowania opieraj¹ siê na wspólnej
zasadzie – akumulacji fotoaktywnego metabolitu
ALA, protoporfiryny IX (PpIX) w komórkach i wy-
korzystaniu tzw. efektów fotodynamicznych.

W ostatnich latach ALA jest eksperymentalnie

u¿ywany w neurochirurgii do fotodynamicznej dia-
gnostyki (Photo-Dynamic Diagnostics, PDD) i terapii
(Photo-Dynamic Therapy, PDT) z³oœliwych glejaków
[5,6]. Zadaniem niniejszego opracowania jest przed-
stawienie podstaw biochemicznych i biofizycznych
tych metod, wyników klinicznych ich stosowania oraz
przypuszczalnych kierunków rozwoju neurochirur-
gicznych zastosowañ PDD i PDT w najbli¿szej przy-
sz³oœci.

S

Syyn

ntte

ezza

a ii w

w³³a

assn

no

oœœccii p

po

orrffiirryyn

n

Charakterystyczn¹ cech¹ czteroelementowego sy-

metrycznego pierœcienia tetrahydropirolowego porfi-
ryn (ryc. 1b.) jest zdolnoœæ koordynacyjnego wi¹zania
kationów metali. Dla przyk³adu, niezbêdny do foto-
syntezy zielony barwnik roœlinny chlorofil, jest porfiry-
n¹ zawieraj¹c¹ magnez, witamina B

12

jest porfiryn¹ za-

wieraj¹c¹ kobalt, a hem stanowi¹cy grupê prostetyczn¹
hemoglobiny, mioglobiny, cytochromów i wielu enzy-
mów (m.in. peroksydazy i katalazy) jest porfiryn¹ za-
wieraj¹c¹ ¿elazo [1].

Synteza porfiryn przebiega wieloetapowo. Na

przyk³ad obecny we wszystkich komórkach organi-
zmów ssaków hem powstaje w wyniku 7 kolejnych, ka-
talizowanych enzymatycznie reakcji (ryc. 2.), z których
pierwsza polega na przekszta³ceniu glicyny i burszty-
nylo-koenzymu A w ALA przez enzym syntazê ALA
(ALAS), a ostatnia – na wprowadzeniu w œrodek pier-
œcienia protoporfiryny IX (PpIX) kationu ¿elaza
przez enzym ferrochelatazê. O szybkoœci przebiegu
ca³ego ³añcucha decyduje po pierwsze aktywnoœæ

RRyycc.. 11.. Wzory strukturalne: a) kwasu delta-aminolewulinowego (ALA) i b)
pierœcienia tetrahydropirolowego stanowi¹cego szkielet porfiryn (liczby
oznaczaj¹ numeracjê atomów wêgla w pierœcieniu)
FFiigg.. 11.. Structural formulas of: a) delta-aminolevulinic acid (ALA) and b) te-
trahydropyrrole ring, the backbone of porphyrins (numbers depict the sequ-
ence of carbon atoms in the ring)

b³ona
komórkowa

cytoplazma

ALA

ALA

ALA

Koproporfirynogen III

Koproporfirynogen III

Protopofriryna IX

Hem Fe

Mitochondrium

Bursztynylo-CoA+Glicyna

2 3 4

7

7

1

1

6

6

5

5

RRyycc.. 22.. Szlak syntezy hemu. Egzogenny ALA powoduje akumulacjê protoporfiryny IX i uwra¿liwia komórki na œwiat³o
FFiigg.. 22.. The path of heme synthesis. Exogenous ALA causes the accumulation of protoporphyrin IX and sensitizes cells to light

NNeeuurroollooggiiaa ii NNeeuurroocchhiirruurrggiiaa PPoollsskkaa 2004; 38, 3

203

ALAS, która podlega zwrotnej regulacji przez stê¿enie
hemu w komórkach, a w drugiej kolejnoœci aktywnoœæ
ferrochelatazy [1].

Porfiryny s¹ barwnikami – silnie poch³aniaj¹ œwia-

t³o widzialne. Ich widmo absorpcyjne (zale¿noœæ po-
ch³aniania œwiat³a od d³ugoœci fali œwietlnej) pokazane
zosta³o na ryc. 3. Wyró¿nia siê w nim szerokie, inten-
sywne pasmo le¿¹ce w zakresie 380–420 nm (tj. odpo-
wiadaj¹ce kolorowi fioletowo-niebieskiemu), zwane
pasmem Soreta (od nazwiska francuskiego fizyka
Charlesa Soreta, pracuj¹cego w drugiej po³. XIX w.)
oraz 4 mniejsze szczyty, zwane pasmami Q [1].

Poch³anianie fioletowo-niebieskiego œwiat³a przez

porfiryny wywo³uje procesy fizykochemiczne, zwane
efektami fotodynamicznymi. Nale¿¹ do nich: przejœcie
barwnika w stan wzbudzony (wysokoenergetyczny),
fluorescencja (emisja œwiat³a o charakterystycznej, in-
nej ni¿ œwiat³o poch³oniête, d³ugoœci fali) oraz oddzia-
³ywania wzbudzonych cz¹steczek barwnika z otocze-
niem. Widmo fluorescencji wywo³anej oœwietleniem
œwiat³em fioletowo-niebieskim tkanek zawieraj¹cych
wysoki poziom PpIX pokazane zosta³o na ryc. 4. Wy-
ró¿niaj¹ siê w nim charakterystyczne pasma o d³ugo-
œciach fali 635 nm i 704 nm, odpowiadaj¹ce kolorowi
czerwonemu. Poch³oniêcie przez porfirynê œwiat³a wy-
wo³uje w obecnoœci tlenu procesy tzw. fotodynamicz-
nego utleniania, które maj¹ szkodliwy (niszcz¹cy)
wp³yw na sk³adniki komórek (przede wszystkim na
b³ony komórkowe) i mog¹ prowadziæ do ich dezinte-
gracji i œmierci. Istotn¹ rolê odgrywaj¹ w nich reakcje
wolnorodnikowe, a w szczególnoœci generacja reak-
tywnej postaci tlenu – tlenu singletowego [7].

P

Po

od

da

an

niie

e A

ALLA

A p

prro

ow

wa

ad

dzzii

d

do

o w

wyyb

biió

órrcczze

ejj a

ak

ku

um

mu

ulla

accjjii P

Pp

pIIX

X

w

w k

ko

om

mó

órrk

ka

acch

h n

no

ow

wo

ottw

wo

orro

ow

wyycch

h

Synteza hemu zachodzi, choæ z ró¿n¹ intensywno-

œci¹, we wszystkich komórkach. Jak wspomniano, re-
akcjami ograniczaj¹cymi tempo tego procesu s¹ synte-
za ALA, a w nastêpnej kolejnoœci w³¹czanie kationu
¿elaza do PpIX. ALA podany do¿ylnie b¹dŸ doustnie
przechodzi do wnêtrza komórek i wywo³uje szybk¹
akumulacjê porfiryn, przede wszystkim PpIX. Van der
Boogert i wsp. [8] podawali szczurom ALA w dawce
200 mg/kg i mierzyli dynamikê zmian stê¿eñ porfiryn
w 18 ró¿nych tkankach i p³ynach cia³a w ci¹gu nastêp-
nych 24 godz. Wzrost stê¿eñ PpIX w wiêkszoœci tka-
nek (z wyj¹tkiem mózgu, tkanki t³uszczowej i skóry)
osi¹ga³ szczyt w ci¹gu

≤

6 godz. Najwiêksz¹ akumula-

cjê (>10 mmol/g tkanki) stwierdzono w w¹trobie

i w nerkach. Mniejsz¹ (2–10 mmol/g tkanki) w prze-
³yku, ¿o³¹dku, jelicie grubym, œledzionie, pêcherzu,
sercu, p³ucach i nerwach obwodowych. W osoczu,
w miêœniach, tkance t³uszczowej, skórze i mózgu gro-
madzenie siê porfiryn by³o niewielkie (<2 mmol/g
tkanki).

Z badañ innych autorów wiadomo, ¿e komórki no-

wotworowe charakteryzuj¹ siê odmiennymi od komó-
rek zdrowych aktywnoœciami enzymów zaanga¿owa-
nych w proces syntezy PpIX i hemu. W szczególnoœci
aktywnoœæ ferrochelatazy jest w komórkach nowotwo-
rowych obni¿ona, czego skutkiem jest wybiórcza aku-
mulacja PpIX po podaniu ALA [9]. Akumulacjê
PpIX po ekspozycji na ALA i uwra¿liwienie komórek
na œwiat³o poch³aniane przez porfiryny obserwowano
in vitro

, m.in. w komórkach oponiaków i glejaków

[10–13], przy czym jego stopieñ by³ wy¿szy w nowo-
tworach z³oœliwych.

Kwas 5-aminolewulinowy (ALA) i jego zastosowania w neurochirurgii

pasmo Soreta

pasma Q

IV

III II

I

400 500 600

λ

(nm)

RRyycc.. 33.. Widmo absorpcyjne protoporfiryny IX
FFiigg.. 33.. The absorption spectrum of protoporphyrin IX

RRyycc.. 44.. Widmo fluorescencji tkanek glejaka po podaniu ALA
FFiigg.. 44.. The fluorescence spectrum of glioma tissues after application of ALA

Abs.

NNeeuurroollooggiiaa ii NNeeuurroocchhiirruurrggiiaa PPoollsskkaa 2004; 38, 3

204

Badania na modelach, takich jak sferoidy (trójwy-

miarowe skupienia komórek) glejaków ludzkich
[14,15], wszczepialne glejaki zwierzêce [16–18] oraz
ksenografty ludzkich glejaków do mózgów zwierz¹t po-
zbawionych funkcjonalnego uk³adu odpornoœciowego
[5,19] dostarczy³y wielu istotnych informacji dotycz¹-
cych toksycznoœci ALA, gromadzenia siê PpIX w ko-
mórkach glejakowych i mo¿liwoœci selektywnej elimina-
cji tych komórek przy pomocy œwiat³a. Jak wspomniano,
mózg doœæ s³abo akumuluje porfiryny po podaniu
ALA. Okaza³o siê, ¿e PpIX w niewielkim stopniu gro-
madzi siê w substancji szarej, zaœ w substancji bia³ej jej
stê¿enie jest jeszcze wielokrotnie ni¿sze [12,20]. Z tego
wzglêdu substancja bia³a eksponowana na œwiat³o po
podaniu ALA jest wyj¹tkowo ma³o podatna na toksycz-
ne efekty fotodynamiczne. Poniewa¿ glejaki prawie wy-
³¹cznie zlokalizowane s¹ w substancji bia³ej, mo¿liwoœæ
wybiórczego fotouwra¿liwiania komórek glejakowych
pomocy ALA i ich póŸniejszej selektywnej eliminacji
przy pomocy œwiat³a uznano za bardzo prawdopodobn¹.

Œ

Œrró

ód

do

op

pe

erra

accyyjjn

na

a ffo

otto

od

dyyn

na

am

miicczzn

na

a

d

diia

ag

gn

no

ossttyyk

ka

a g

glle

ejja

ak

kó

ów

w p

prrzzyy p

po

om

mo

occyy

A

ALLA

A ((A

ALLA

A--P

PD

DD

D))

Wiele obserwacji klinicznych wskazuje, ¿e czas

prze¿ycia pacjentów po resekcji z³oœliwych glejaków
jest dodatnio skorelowany z doszczêtnoœci¹ operacji
[21,22]. Akceptuj¹cy tê hipotezê neurochirurg powi-
nien staraæ siê mo¿liwie doszczêtnie usun¹æ guza. Jest
to jednak trudne, gdy¿ z³oœliwy glejak nie posiada do-
brze zaznaczonych granic. Komórki nowotworowe in-
filtruj¹ otaczaj¹ce obszary, tworz¹c tzw. strefê niepew-
n¹, obejmuj¹c¹ tkanki makroskopowo przypominaj¹ce
zdrowe, lecz zajête procesem glejakowym.

Badania neuropatologiczne i rezonansowe wykazuj¹,

¿e komórki z³oœliwych glejaków przenikaæ mog¹ zdrowe
tkanki na znaczne odleg³oœci – kilka, a nawet kilkanaœcie
cm od makroskopowo i radiologicznie rozró¿nialnego
ogniska guza [23,24]. Mo¿liwoœæ chirurgicznego wyle-
czenia tych nowotworów jest wiêc ma³o prawdopodobna.
Jednak wznowa procesu nowotworowego pojawia siê
z regu³y w bezpoœrednim s¹siedztwie usuniêtego ogni-
ska, pochodz¹c zapewne z obszaru zawieraj¹cego szcze-
gólnie du¿o ¿ywych, zdolnych do podzia³ów (klonogen-
nych) komórek glejakowych. Usuniêcie tego obszaru
powinno wiêc wyd³u¿yæ czas prze¿ycia.

Gdy operacja prowadzona jest w standardowych wa-

runkach, tj. przy oœwietleniu pola operacyjnego œwiat³em
bia³ym, obszar ogniska glejaka zawieraj¹cy pasma mar-
twicy jest ³atwo odró¿nialny od otaczaj¹cych ¿ywych tka-
nek, ale dok³adne zidentyfikowanie obszaru, w którym
zgromadzona jest najwiêksza liczba ¿ywych, klonoge-
nych komórek guza nie jest praktycznie mo¿liwe. Nato-
miast technika resekcji wspomaganej ALA-PDD
umo¿liwia precyzyjne zlokalizowanie i usuniêcie skupisk
¿ywych komórek glejakowych z obrze¿a ogniska. Dla
wywo³ania akumulacji PpIX w komórkach glejakowych
pacjentom na kilka godzin przed operacj¹ podaje siê
ALA w dawce 60 mg/kg doustnie b¹dŸ 30 mg/kg do¿yl-
nie [5]. Podanie ALA powoduje wybiórcz¹ akumulacjê
PpIX w komórkach glejakowych, a oœwietlenie pola ope-
racyjnego œwiat³em fioletowo-niebieskim poch³anianym
przez PpIX wywo³uje czerwon¹ fluorescencjê z obsza-
rów zawieraj¹cych komórki nowotworowe i u³atwia ich
usuniêcie. Efekty uboczne podania ALA s¹ nieznaczne.

Stummer i wsp. [25] przedyskutowali problemy

praktyczne, zwi¹zane z zastosowaniem ALA-PDD do
wspomagania resekcji z³oœliwych glejaków. Stwierdzili
oni, ¿e mózgu nie mo¿na przez d³u¿szy czas ekspono-
waæ na œwiat³o fioletowo-niebieskie, gdy¿ fluorescencja
PpIX doœæ szybko p³owieje. Z tego wzglêdu mikroskop
operacyjny powinien byæ wyposa¿ony w dwa ³atwo prze-
³¹czalne uk³ady oœwietlenia pola operacyjnego – jeden
przepuszczaj¹cy œwiat³o bia³e pozbawione ultrafioletu
i fioletu, u¿ywany podczas resekcji stref martwicy i dru-
gi, przepuszczaj¹cy wy³¹cznie œwiat³o fioletowo-niebie-
skie o d³ugoœci fal obejmuj¹cej pasmo Soreta, u¿ywany
podczas resekcji strefy granicznej glejaka. Najlepsze
rozró¿nienie pomiêdzy obszarami zdrowymi i zajêtymi
procesem nowotworowym uzyskuje siê, gdy mózg
oœwietla siê œwiat³em niebieskim o d³ugoœci fal obejmu-
j¹cej pasmo Soreta, a obserwuje siê przy pomocy filtru
przepuszczaj¹cego nie tylko œwiat³o czerwonej fluore-
scencji emitowanej przez PpIX, ale tak¿e niewielk¹ do-
mieszkê œwiat³a niebieskiego odbijanego przez tkanki
niezawieraj¹ce komórek nowotworowych (ryc. 5.).

Pawe³ Grieb

RRyycc.. 55.. Optymalne filtrowanie œwiat³a padaj¹cego na pole operacyjne
w metodzie ALA-PDD
FFiigg.. 55.. The optimal filtering of light applied to the operation field in the
ALA-PDD method

NNeeuurroollooggiiaa ii NNeeuurroocchhiirruurrggiiaa PPoollsskkaa 2004; 38, 3

205

Kliniczne wyniki wspomagania metod¹ ALA-

-PDD chirurgicznego usuwania z³oœliwych glejaków
u 52 kolejnych pacjentów (w znacznej wiêkszoœci
z

glejakiem wielopostaciowym) przedstawili

w 2000 r. Sturmer i wsp. [26]. Podczas resekcji sta-
rano siê ca³kowicie usun¹æ obszary tkanki, wykazu-
j¹ce czerwon¹ fluorescencjê, pochodz¹c¹ od PpIX,
lecz nie we wszystkich przypadkach by³o to mo¿liwe
z przyczyn anatomicznych. Pacjentów podzielono na
3 grupy w zale¿noœci od tego, czy po zakoñczonym
zabiegu w polu operacyjnym w ogóle nie obserwowa-
no obszarów czerwonej fluorescencji, obserwowano
obszary o s³abej fluorescencji b¹dŸ obszary wykazu-
j¹ce siln¹ i zlewaj¹c¹ siê fluorescencjê. Œredni czas
prze¿ycia wyniós³ (œrednie ± SD) 101±15 tyg. dla
pacjentów, u których ca³kowicie usuniêto obszary
wykazuj¹ce fluorescencjê, 79±6 tyg. dla pacjentów,
u których pozostawiono obszary wykazuj¹ce s³ab¹
fluorescencjê i 51±3 tyg. dla pacjentów, u których
pozostawiono obszary wykazuj¹ce siln¹ i zlewaj¹c¹
siê fluorescencjê. W resekowanym materiale tkanko-
wym autorzy stwierdzili dodatni¹ korelacjê pomiê-
dzy intensywnoœci¹ czerwonej fluorescencji i ocenia-
n¹ histopatologicznie gêstoœci¹ nacieczenia tkanek
komórkami glejakowymi.

Wspomaganie resekcji z³oœliwych glejaków meto-

d¹ ALA-PDD ma szereg zalet: przed³u¿anie czasu
prze¿ycia bez niebezpiecznych lub uci¹¿liwych skut-
ków ubocznych, komercyjna dostêpnoœæ niezbêd-
nych Ÿróde³ œwiat³a i filtrów oraz mo¿liwoœæ ich
monta¿u w typowych mikroskopach operacyjnych.
13 listopada 2002 r. Komisja Europejska nada³a
ALA w zastosowaniu do œródoperacyjnego znako-
wania z³oœliwych glejaków status tzw. sierocego pro-
duktu medycznego (orphan medicinal product) na
rzecz niemieckiej firmy Medac GmbH [27]. Decy-
zja ta oznacza, ¿e wspomniana firma uzyska³a na te-
renie UE kilkuletni¹ wy³¹cznoœæ na gromadzenie
dokumentacji rejestracyjnej dotycz¹cej skutecznoœci
ALA-PDD w zastosowaniu do leczenia z³oœliwych
glejaków oraz na sprzeda¿ tego produktu po jego re-
jestracji. W styczniu 2003 r. Photonamic GmbH &
Co. KG (spó³ka-córka firmy Medac powo³ana do
rozwoju metod fotodynamicznych opartych na zasto-
sowaniach ALA) zawar³a umowê z amerykañsk¹ fir-
m¹ DUSA Pharmaceuticals Inc., w ramach której
obie firmy sponsoruj¹ wykonywane obecnie europej-
skie wielooœrodkowe badanie III fazy, oceniaj¹ce
skutecznoœæ œródoperacyjnej ALA-PDD do wspo-
magania resekcji z³oœliwych glejaków.

F

Fo

otto

od

dyyn

na

am

miicczzn

na

a tte

erra

ap

piia

a g

glle

ejja

ak

kó

ów

w

zz u

u¿¿yycciie

em

m A

ALLA

A ((A

ALLA

A--P

PD

DT

T))

Istot¹ metody ALA-PDT jest uzyskanie tak du¿ej

akumulacji PpIX w komórkach nowotworowych, i tak
intensywne naœwietlanie tkanek zajêtych nowotworem,
aby wywo³ane w ten sposób reakcje fotodynamicznego
utlenienia spowodowa³y ich wybiórcze zniszczenie.
ALA-PDT jest stosowana z powodzeniem w leczeniu
ró¿nych nowotworów obwodowych (skóry, pêcherza,
prze³yku itp.). Jednak wg Friesena i wsp. [5] dotych-
czas og³oszono (w formie komunikatu zjazdowego)
wyniki jednej tylko pilotowej próby klinicznej z zasto-
sowaniem ALA-PDT w glejakach; 5 pacjentom przed
zabiegiem resekcji guza podano ALA w dawce 40±10
mg/kg, a po zabiegu stosowano terapeutyczne naœwie-
tlanie œwiat³em o d³ugoœci fali 635 nm, aplikowane do
lo¿y pooperacyjnej przy pomocy cylindrycznego dyfu-
zora. Terapia by³a dobrze tolerowana, ale danych co do
jej skutecznoœci nie podano.

Ze wzglêdu na stosunkowo niewielk¹ przenikal-

noœæ fioletowo-niebieskiego œwiat³a przez tkanki mó-
zgowe uwa¿a siê, ¿e pojedyncze naœwietlenie nie wy-
starczy do eliminacji po³o¿onych nieco g³êbiej w strefie
niepewnej

komórek glejakowych. Warunkiem skutecz-

noœci ALA-PDT mo¿e wiêc byæ wielokrotne podawa-
nie ALA i wielokrotne naœwietlanie lo¿y pooperacyjnej
– co mo¿na okreœliæ jako fotobrachyterapiê.

Madsen i wsp. [28] opisali aplikator œwiat³a, prze-

znaczony do wszczepiania do lo¿y pooperacyjnej. Mo-
delowe obliczenia [29] wskazuj¹, ¿e urz¹dzenie takie
umo¿liwia³oby dostarczenie w ci¹gu kilku godzin letal-
nej dla komórek glejakowych dawki œwiat³a na g³êbo-
koœæ 1,4 cm w g³¹b tkanki.

JJa

ak

k zzw

wiiê

êk

ksszzyyææ ssk

ku

utte

ecczzn

no

oœœææ

tte

erra

ap

pe

eu

uttyycczzn

n¹

¹ A

ALLA

A--P

PD

DD

D

w

w n

ne

eu

urro

occh

hiirru

urrg

giiii?

?

Niektórzy badacze uwa¿aj¹, ¿e lipofilne pochodne

ALA zdolne do przechodzenia przez b³ony przy po-
mocy zwyk³ej dyfuzji, a wewn¹trz komórek szybko
przekszta³cane w substancjê macierzyst¹, wykazywaæ
bêd¹ lepsze w³asnoœci farmakodynamiczne w metodzie
PDT. W kilku doniesieniach opisano estry ALA, po³¹-
czone z lipofilnymi alkoholami wi¹zaniem estrowym
–CO–O–[11,30–32]. Mog¹ one byæ szczególnie
atrakcyjne dla PDT glejaków, ze wzglêdu na spodzie-
wan¹ ³atw¹ penetracjê bariery krew-guz mózgu – byæ

Kwas 5-aminolewulinowy (ALA) i jego zastosowania w neurochirurgii

NNeeuurroollooggiiaa ii NNeeuurroocchhiirruurrggiiaa PPoollsskkaa 2004; 38, 3

206

mo¿e nadawaæ siê bêd¹ do podawania dotêtniczego (lo-
koregionalnego).

Peng i wsp. [33] zwrócili uwagê, ¿e ALA prze-

kszta³cany jest w PpIX g³ównie wewn¹trz komórek
nowotworowych, podczas gdy inne u¿ywane w tech-
nikach PDT fotouczulacze porfirynowe (np. photo-
frin) gromadz¹ siê g³ównie w komórkach œródb³on-
ków naczyñ krwionoœnych w obrêbie guza. Zastoso-
wanie mieszaniny ALA i niewielkiej iloœci photofri-
nu potêguje skutecznoœæ PDT w niszczeniu nowo-
tworów obwodowych u zwierz¹t doœwiadczalnych –
na razie nie wiadomo jednak, czy zwiêkszy skutecz-
noœæ ALA-PDT tak¿e w zastosowaniu do glejaków.

Jednoczesne podanie ALA i 1,10-fenantroliny,

chemicznego modulatora syntezy porfiryn, znacznie
zwiêksza komórkow¹ akumulacjê PpIX w porówna-
niu z podaniem samego ALA, przy czym zjawisko to
wystêpuje znacznie silniej w komórkach proliferuj¹-
cych, ni¿ w komórkach niedziel¹cych siê [34]. Ten
pomys³ (wywodz¹cy siê z badañ nad insektycydami)
jest z pewnoœci¹ wart wypróbowania w neurochirur-
gicznych zastosowaniach ALA-PDT, gdy¿ w zdro-
wych tkankach mózgowych podzia³y komórkowe
w zasadzie nie wystêpuj¹.

Wspomnieæ tak¿e nale¿y o mo¿liwoœci u¿ycia

ALA-PDT w powi¹zaniu z technik¹ terapii geno-
wej. Gagnebin i wsp. [35] u¿yli wirusa Herpes jako
wektora s³u¿¹cego do wprowadzania do komórek
zmutowanego genu enzymu ALAS. Zastosowana
mutacja pozbawi³a ten enzym elementów zapewnia-
j¹cych hamowanie aktywnoœci przez hem. Zachodz¹-
ca w proliferuj¹cych komórkach nowotworowych
ekspresja zmutowanego ALAS powodowa³a groma-
dzenie siê du¿ych iloœci PpIX i ich wybiórcz¹ podat-
noœæ na toksyczne dzia³anie niebieskiego œwiat³a.

PPiiœœm

miieennnniiccttw

woo

1. Leung S. The Porphyrin Page. Adres: http://www.wuacc.

edu/cas/chemistry/sleung/porphyrin/ porphyrin_page.html.

2. Rebeiz C.A., Montazer-Zouhoor A., Mayasich J.M. i wsp.

Photodynamic herbicides. Recent development and molecular
basis of selectivity. Crit Rev Plant Sci 1988; 6: 385-434.

3. Rebeiz C.A. Porphyric insecticides. J Photochem Photobiol B

1993; 18: 97-99.

4. Kennedy J., Pottier R.H., Pross D.C. Photodynamic therapy

with endogenous protoporphyrin IX. Basic principles and
present clinical experience. J Photochem Photobiol B 1990; 6:
143-148.

5. Friesen S.A., Hjortland G.O., Madsen S. . i wsp. 5-Aminole-

vulinic acid-based photodynamic detection and therapy of bra-
in tumors (Review). Int J Oncol 2002; 21: 577-582.

6. Kostron H., Obwegeser A., Jakober R. Photodynamic therapy

in neurosurgery: a review. J Photochem Photobiol B 1996; 36:
157-168.

7. Graczykowa A. Fotodynamiczna metoda rozpoznawania i lecze-

nia nowotworów. Dom Wydawniczy Bellona, Warszawa 1999.

8. van den Boogert J., van Hillegersberg R., de Rooij F.W. i wsp.

5-Aminolevulinic acid-induced protoporphyrin IX accumula-
tion in tissues: pharmacokinetics after oral or intravenous admi-
nistration. J Photochem Photobiol B 1998; 44: 29-38.

9. Batlle A. M. Porphyrins, porphyrias, cancer and photodynamic

therapy – a model for carcinogenesis. J Photochem Photobiol B
1993; 20: 5-22.

10. Carre J., Eleouet S., Rousset N. i wsp. Protoporphyrin IX flu-

orescence kinetics in C6 glioblastoma cells after delta-aminole-
vulinic acid incubation: effect of a protoporphyrinogen oxidase
inhibitor. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand) 1999; 45: 433-444.

11. Eleouet S., Rousset N., Carre J. i wsp. Heterogeneity of delta-

-aminolevulinic acid-induced protoporphyrin IX fluorescence in
human glioma cells and leukemic lymphocytes. Neurol Res 2000;
22: 361-368.

12. Stummer W., Stocker S., Novotny A. i wsp. In vitro and in vivo

porphyrin accumulation by C6 glioma cells after exposure to
5-aminolevulinic acid. J Photochem Photobiol B 1998; 45: 160-169.

13. Tsai J. C., Hsiao Y.Y., Teng L.J. i wsp. Comparative study on

the ALA photodynamic effects of human glioma and meningio-
ma cells. Lasers Surg Med 1999; 24: 296-305.

14. Hirschberg H., Sun C.H., Tromberg B.J. i wsp. ALA- and

ALA-ester-mediated photodynamic therapy of human glioma
spheroids. J Neurooncol 2002; 57: 1-7.

15. Madsen S.J., Sun C.H., Tromberg B.J. i wsp. Photodynamic

therapy of human glioma spheroids using 5-aminolevulinic acid.
Photochem Photobiol

2000; 72: 128-134.

16. Hebeda K.M., Saarnak A.E., Olivo M. i wsp. 5-Aminolevuli-

nic acid induced endogenous porphyrin fluorescence in 9L and
C6 brain tumours and in the normal rat brain. Acta Neurochir
(Wien)

1998; 140: 503-512.

17. Obwegeser A., Jakober R., Kostron H. Uptake and kinetics of

14C-labelled meta-tetrahydroxyphenylchlorin and 5-aminola-
evulinic acid in the C6 rat glioma model. Br J Cancer 1998; 78:
733-738.

18. Olzowy B., Hundt C.S., Stocker S. i wsp. Photoirradiation the-

rapy of experimental malignant glioma with 5-aminolevulinic
acid. J Neurosurg 2002; 97: 970-976.

19. Engebraaten O., Hjortland G.O., Hirschberg H. i wsp. Growth

of precultured human glioma specimens in nude rat brain.
J Neurosurg

1999; 90: 125-132.

20. Lilge L., Wilson B.C. Photodynamic therapy of intracranial tis-

sues: a preclinical comparative study of four different photosen-
sitizers. J Clin Laser Med Surg 1998; 16: 81-92.

21. Devaux B.C., O’Fallon J.R., Kelly P.J. Resection, biopsy, and su-

rvival in malignant glial neoplasms. A retrospective study of cli-
nical parameters, therapy and outcome. J Neurosurg 1993; 78:
767-775.

22. Nitta T., Sato K. Prognostic implications of the extent of surgi-

cal resection in patients with malignant gliomas. Cancer 1995;
75: 2727-2731.

Pawe³ Grieb

NNeeuurroollooggiiaa ii NNeeuurroocchhiirruurrggiiaa PPoollsskkaa 2004; 38, 3

207

23. Giese A., Westphal M. Treatment of malignant glioma: a pro-

blem beyond the margins of resection. J Cancer Res Clin Oncol
2001; 127: 217-225.

24. Walecki J., Tarasow E., Kubas B. i wsp. Hydrogen-1 MR

spectroscopy of the peritumoral zone in patients with cerebral
glioma: assessment of the value of the method. Acad Radiol
2003; 10: 145-153.

25. Stummer W., Stepp H., Moller G. i wsp. Technical principles

for protoporphyrin-IX-fluorescence guided microsurgical re-
section of malignant glioma tissue. Acta Neurochir (Wien) 1998;
140: 995-1000.

26. Stummer W., Novotny A., Stepp H. i wsp. Fluorescence-gu-

ided resection of glioblastoma multiforme by using 5-aminole-
vulinic acid-induced porphyrins: a prospective study in 52
consecutive patients. J Neurosurg 2000; 93: 1003-1013.

27. The European Agency for the Evaluation of Medicinal Pro-

ducts, Committee for Orphan Medicinal Products: Public sum-
mary of positive opinion for orphan designation of 5-aminolevu-
linic acid hydrochloride for the intraoperative photodynamic dia-
gnosis of residual glioma. 2002, EMEA/COMP/2390/02.

28. Madsen S.J., Sun C.H., Tromberg B.J. i wsp. Development of

a novel indwelling balloon applicator for optimizing light delive-
ry in photodynamic therapy. Lasers Surg Med 2001; 29: 406-412.

29. Madsen S.J., Svaasand L.O., Tromberg B.J. i wsp. Characte-

rization of optical and thermal distributions from an intracra-
nial balloon applicator for photodynamic therapy. SPIE 2001;
4257: 41-49.

30. Bigelow C.E., Mitra S., Knuechel R. i wsp. ALA- and ALA-

-hexylester-induced protoporphyrin IX fluorescence and di-
stribution in multicell tumour spheroids. Br J Cancer 2001; 85:
727-734.

31. Eleouet S., Rousset N., Carre J. i wsp. In vitro fluorescence,

toxicity and phototoxicity induced by delta-aminolevulinic acid
(ALA) or ALA-esters. Photochem Photobiol 2000; 71: 447-454.

32. Perotti C., Casas A., Fukuda H. i wsp. ALA and ALA hexyl

ester induction of porphyrins after their systemic administra-
tion to tumour bearing mice. Br J Cancer 2002; 87: 790-795.

33. Peng Q., Warloe T., Moan J. i wsp. Antitumor effect of 5-ami-

nolevulinic acid-mediated photodynamic therapy can be en-
hanced by the use of a low dose photofrin in human tumor xe-
nografts. Cancer Res 2000; 61: 5824-5832.

34. Rebeiz N., Arkins S., Rebeiz C.A. i wsp. Induction of tumor

necrosis by d-aminolevulinic acid and 1,10-phenantroline.
Cancer Res

1996; 56: 339-344.

35. Gagnebin J., Brunori M., Otter M. i wsp. A photosensitising

adenovirus for photodynamic therapy. Gene Ther 1999; 6:
1742-1750.

Kwas 5-aminolewulinowy (ALA) i jego zastosowania w neurochirurgii