光动力疗法原理

660nm弱激光照射兔红细胞溶血效应研究光学成像
近红外光却可以深入到组织内部, 光学成像利用了
生物中细胞、组织、器官或者整个活体的某些生物特性(反射、散射、吸收和荧光),
能嚓神穿诱,反射成者荧兴的空间杏化来获得光学图像。

利用微创内窥光纤传输系统
可以对很多器官和组织进成像。

此外,光学成像以获取尽可能多的细胞和分子水平上
的信息为目标,这为如癌症这样的疾病的早期检测提供了可能性。

纳米颗粒
提供了极其有用的平
台,可以用于细胞内光学诊断以及靶向治疗。

纳米颗粒在药物导入中的应用己经有了
明显的增长。

生物纳米光子学未来的任务包括:发展新的纳米颗粒,上转换纳米团在
光动力治疗中的应用,以纳米颗粒为基础的活体研究,可以取代当前微阵列的纳米阵
列的发展,塑料生物纳米电子机械设备(BioNEMS)的制造
光动力疗法(POT)作
为一种利用光来激发某种外部化学物质,称为光敏剂(也称POT药物),来治疗癌症
等疾病的有效疗法而出现。

这种药物一般会注射在静脉内或者患病的恶变组织表面,
比如某些皮肤癌的表面。

然后用一种特定波长的、能被光敏剂吸收的光进行照射,
POT药物吸收光子,并产生活性氧原子来灭杀肿瘤细胞。

当POT药物注射入人体后,正常细胞和恶变细胞都会吸收这些药物。

但经过几个
小时甚至几天的等待以后,正常细胞内POT药物的浓度会显著降低。

最近的研究表明,
在POT药物上附着一些肿瘤靶向基团能使这一等待期减少到几个小时。

相反的,那些
恶变细胞依然结合着这些药物,从而使POT药物在恶变组织中形成了一个个特定的滞
留区域。

在这种情况下,通过正确波长的光源激发POT药物,从而利用光化学效应(非
热能的,即没有明显的局部过热)有选择性的杀灭恶变组织。

对于那些内部器官组织
又比只叻中部夕的瘤址,九足通远一寸民队顶切的朱初儿匀一诱币由门规说示玩寺八阴;而对于那些表面皮肤癌症,可以使用直接照射的方法。

由于对光的相干性质并不做要求,
日光灯或者激光束等都可以作为光源。

光敏化反应对细胞的作用
光敏化反应会对细胞产生光动力效应。

细胞反应与其本身的类型和状态以及敏化
剂的种类和反应条件有关,在有分子氧存在条件下加叶琳敏化剂并进行光照,大多数
细菌都会迅速钝化,光动力作用可以抑制细菌的糖酵解、呼吸及蛋白质合成;还可以
改变膜的持性。

不同的敏化剂因化学性质不同而分布于某些细胞器或其某些特定的部位,也就是
所谓选择性摄入或储留作用。

例如,荧光显微镜观察表明,在叶琳存在条件下培养各
种不同类型的哺乳动物细胞,可见敏化剂叶琳浓集于溶酶体。

随后进行光照,溶酶体
膜的通造性增高,并导致溶酶体破裂,然后细胞便死亡,这是由于溶酶体的水解酶释
放到细胞质里所造成的。

对分离出的哺乳动物细胞线粒体的光动力作用研究表明,氧化磷酸化的某个阶段
比呼吸链更敏感。

线粒体、溶酶体和生物膜脂质体等是光动力反应的主要损伤部位,
粗面内质网的损伤也出现较早。

由于线粒体的受损而直接或间接地影响其参与细胞呼
吸、电子传递和ATP能量合成等生命活动所必需的酶活性和呼吸链的完整性,从而
破坏细胞的正常生命活动和造成细胞的损伤。

继线粒体和粗面内质网受损之后,细胞
质膜的泡状突起、碱性磷酸酶和5'一核普酸酶活性降低、核周间隙增宽、染色质聚集
和边集等一系列损伤亦随之出现。

一般认为,叶琳及其衍生物等敏化剂主要和生物膜系统,尤其是细胞质膜、核膜
等结合。

利用荧光显微镜曾在体外培养的、并经敏化剂处理的人癌细胞中观察到细胞
质膜、核膜附近的荧光最强,因单线态氧淬灭前扩散的距离仅为。

1协m,表明观察到
的线粒体、粗面内质网、细胞质膜和核膜的光动力损伤与敏化剂的分布或聚积部位密
切相关。

从生物化学的观点看,膜损伤是以膜蛋白上敏感氨基酸残基的产生光氧化作
用、膜蛋白质的交链作用和超微结构的缺损为特征的。

虽然溶解的不饱和脂肪酸和胆
固醇对光氧化是高度敏感的,但在干扰膜功能的意义上,膜损伤只是由膜蛋白质上的
光动力效应所引起的。

已知,从生血性叶琳症患者身上取出的血液配制而成的红细胞
悬浮液,在有氧情况下进行光照射,可以迅速导致溶血,原因是此类患者的红细胞中
含有异常多的游离原叶琳,这是一种典型的光敏化反应。

光致发光
当有些物质受到光
的照射吸收了某种波长
的光后,会发射出波长相
同或比吸收波长更长的
光
当物质分子吸收光子
能量而被激发,然后从激
发态的最低振动能级返
回到基态能级时所发射
出的光称为荧光
大多数分子吸收光能后跃迁至S1电子能级中的高振动能级或更高的S2,
53能级,吸收过程所需时间为10一155,经碰撞失去多余能量回到激发态的最低振动
能级,这个过程迅速10一125,图中虚线箭头所示。

荧光是从第一激发态Sl的最低振
动能级返回基态S0的各振动能级时的光辐射,这个过程称为荧光发射,过程约为
10一85。

固定某一激发波长,测定荧光发射强度随发射波长变化所得的光谱,称为荧
光发射光谱(emissionspeetrum在有氧条件下,光敏化反应会产生中间态产物单线态氧(`O:),以及其它一些活性氧
物质,例如超氧阴离子自由基(。

2一),轻自由基(OH.),和过氧化氢(HZOZ)等。

单线态氧和活性氧物质都具有高度的化学活性,能参与细胞内部和细胞膜上的多种生
物化学反应,产生系列生物学作用。

医学上,常通过检测血液样品在630nln处的荧
光强度(以405tun波长光激发)来确定血液中游离原叶琳的含量,并以此作为诊断
缺铁性贫血等疾病的参考指标之一
激光的基本原理与医学应用
张伟建
（宿州卫生学校安徽宿州234000）
激光的基本原理
通常，原子发光与原子能级的跃迁有关，而原子能级的跃
迁有自发和受激两种，因此，原子发光也有自发辐射和受激辐射两种。

处于激发态的原子是不稳定的（其停留时间一般为
10-8秒），它总是力图向基态或较低能态跃迁。

原子在
没有外界作用时，处于高能级的原子会自发地向低能级跃
迁，并同时辐射出一个光子，这个过程称作自发辐射。

自
发辐射时，光源中大量原子各自互不相关地向外辐射光，
所发出的光在频率、振动方向和传播方向上各不相同。

大
量原子自发辐射发出的光包含有各种频率、各种振动方
向，这种光称为自然光。

1.1 受激辐射
原子也可以接受外界能量，由较低能级激发到较高能级
上。

这种由于吸收外界能量而使原子被激发到较高能级的过程，称为受激吸收。

有些物质的原子，在被激发到较高能级时，其停留时间可达，这比通常情况下原子在高能级的停留时间要长得多。

如果处在这种高能级上的原子在未自发辐射前，恰好受到
能量等于两能级之差的外来光子的诱发，原子就会发射出一个同外来光子的行为完全一样的光子，并跃迁到较低能级上，这种发光过程称为受激辐射。

受激辐射产生的光子跟外来光子的频率、振动方向和传播方向都完全相同。

这两个完全相同的光子在介质中传播时，再次引起其它原子受激辐射，这样就能在极短时间内，引发越来越多行为完全相同的光子，使同频率的光被放大加强。

这种因受激辐射而得到加强（放大）的光，称为激光。

就一般物质而言，自发辐射、受激吸收和受激辐射这三种
过程总是同时进行的。

在正常情况下，处于低能级的原子数，总是大于处于高能级的原子数。

通常情况下，因为自发辐射在任何条件下都能进行，因此自发辐射的概率明显地大于受激辐射的概率
激光光动力疗法。

广泛地应用在肿瘤治疗等
领域。

其主要机理是，机体在接受光敏剂后的一定时间段里，光敏剂即可聚集在肿瘤组织内，此时以特定波长的激光照射肿瘤，光敏剂经光照后被激活，发生光化学反应，产生具有高反应性的自由基和活性单线态氧，起到破坏肿瘤细胞和肿瘤基质的作用，还由于局部血栓素的释放，可造成肿瘤血管内血小板凝聚、血管收缩变窄导致栓塞发生，肿瘤细胞组织继而缺血、坏死，从而达到治疗肿瘤的目的。