Laser trong Liệu pháp quang động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
Đề tài: Ứng

dụng Laser trong Liệu pháp quang
động học (PDT) để điều trị ung thư



Phụ Lục
KHÁI QUÁT VỀ UNG THƯ............................................................................................................ 1

I.
1.

MỘT SỐ TÁC NHÂN GÂY UNG THƯ....................................................................................... 2

2.

DẤU HIỆU VÀ TRIỆU CHỨNG.................................................................................................. 2

3.

TÌNH HÌNH UNG THƯ HIỆN NAY............................................................................................ 2

4.

MỘT SỐ UNG THƯ KHÁC.......................................................................................................... 5
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ UNG THƯ............................................. 5

II.
1)

Các phương pháp chẩn đoán ung thư........................................................................................... 5

2)

Các phương pháp điều trị ung thư................................................................................................ 5
LIỆU PHÁP QUANG ĐỘNG HỌC (PDT).................................................................................. 9

III.
1.

PDT LÀ GÌ ?................................................................................................................................... 9

2.

ÁNH SÁNG LASER.................................................................................................................... 10


Chế độ phát liên tục................................................................................................................. 12



Chế độ phát xung..................................................................................................................... 13

3.

CHẤT NHẠY QUANG................................................................................................................ 15

4.

QUÁ TRÌNH PHÁ HỦY TẾ BÀO UNG THƯ........................................................................... 18

5.

CÁC THIẾT BỊ LASER SỬ DỤNG TRONG PDT................................................................... 24

IV.

NHỮNG ĐIỂM LƯU Ý VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PDT.................................................... 27

1.

Điểm lưu ý..................................................................................................................................... 27

2.

Ưu điểm của PDT......................................................................................................................... 27

3.

Nhược điểm của PDT................................................................................................................... 29

V.
VI.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................................................................... 29
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................... 30

1

I.

KHÁI QUÁT VỀ UNG THƯ
 Ung thư là gì?

Ung thư là một nhóm bệnh liên quan đến sự phân chia tế bào một cách vô tổ chức
và những tế bào đó có khả năng xâm lấn những mô khác bằng cách phát triển trực
tiếp vào các mô lân cận hay chuyển đến nơi khác xa hơn (di căn).
Các ung thư thường phát triển từ một tế bào ban đầu và phải mất nhiều năm cho
tới khi có một kích thước đủ lớn để có thể nhận thấy được. Quá trình phát triển từ
một tế bào duy nhất thành một khối ung thư trải qua nhiều giai đoạn.


1. MỘT SỐ TÁC NHÂN GÂY UNG THƯ
 Do Virus
 Vi rút viêm gan B và ung thư gan nguyên phát.
 Vi rút Esptein - Barr (EBV) và ung thư vòm mũi họng.
 HIV tuy không phải là tác nhân gây ung thư nhưng ở các bệnh nhân nhiễm
HIV, hệ miễn dịch suy giảm nên rất dễ mắc các bệnh nhiễm trùng khác.
 Do vi khuẩn
 Vi khuẩn Helicobacte Pylori(HP) và ung thư dạ dày.
 Ung thư dương vật gặp nhiều ở những nam giới bị hẹp bao qui đầu.
 Do kí sinh trùng.
 Rượu và thuốc lá.
 Hành vi tình dục: Hành vi tình dục có mối liên quan rất chặt chẽ
đến một số bệnh ung thư, đặc biệt là ung thư của cơ quan sinh dục.

2. DẤU HIỆU VÀ TRIỆU CHỨNG
Ba nhóm chính:
 Triệu chứng tại chỗ.
 Triệu chứng của di căn (lan tràn).

 Triệu chứng toàn thân.
PHÂN LOẠI UNG THƯ
 Phân loại dựa theo tính chất giải phẫu hay theo cơ quan bị tổn thương.
 Phân loại theo tế bào khởi phát và theo vi trí của nó.





Carcinoma (ung thư biểu mô).
Hematological malignancy (bệnh lý huyết học ác tính).
Sarcoma (ung thư mô liên kết). U hắc tố.
U quái.

3. TÌNH HÌNH UNG THƯ HIỆN NAY




4. MỘT SỐ UNG THƯ KHÁC
 Ung thư biểu mô: ung thư da, ung thư cổ tử cung, carcinoma hậu môn, ung
thư thực quản, carcinoma tế bào gan, ung thư thanh quản, carcinoma tế bào
thận, ung thư dạ dày, nhiều loại ung thư tinh hoàn và ung thư tuyến giáp.
 Bệnh lý ác tính về huyết học (máu và tủy xương): leukemia (bệnh bạch
cầu), u lympho bào, bệnh đa u tủy.

 Sarcoma (ung thư mô liên kết): sarcoma xương, sarcoma sụn, sarcoma cơ
vân.
 Có nguồn gốc hỗn hợp: u não, u mô đệm đường tiêu hoá (GIST), u trung
biểu mô (ở màng phổi hay màng tim), u tuyến ức, u quái, u hắc tố.

II.

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ UNG THƯ
1) Các phương pháp chẩn đoán ung thư
 Khám lâm sàng.
 Cận lâm sàng: Chụp x-quang, chụp nhiệt, chụp lấp lánh, siêu âm, CT, MRI,
chụp hình qua kháng thể đơn clon.
 Sử dụng chất chỉ điểm sinh học.
 Phương pháp nội soi.
 Chuẩn đoán tế bào học.
 Xét nghiệm huyết học.
 Chẩn đoán mô bệnh học

2) Các phương pháp điều trị ung thư


 GIẢI PHẪU
 Giải phẫu là phương pháp điều trị cổ điển nhất nhưng cũng rất công
hiệu đặc biệt là với ung thư thu gọn ở một phần nào đó của cơ thể.
 Ðôi khi tế bào lành cũng được cắt bỏ để chắc chắn là tế bào ung thư
lẫn vào đã được loại hết.
 Hiệu quả tùy thuộc vào một số yếu tố:
- U bướu thu gọn ở một chỗ và chưa di căn. Tế bào ung thư tăng sinh
chậm.
- Vị trí của u bướu.

- Khả năng chuyên môn của phẫu thuật gia.
- Công hiệu của các dịch phụ hỗ trợ như thuốc mê, kiểm soát ngừa nhiễm
trùng, tiếp máu, dụng cụ giải phẫu và chăm sóc sau khi mổ.
 Xạ Trị
 Xạ trị liệu (điều trị bằng tia X hay chiếu xạ) là sử dụng một dạng năng
lượng (gọi là phóng xạ ion hoá) để diệt tế bào ung thư và làm teo nhỏ khối
u.


 Có 2 phương pháp điều trị bằng tia xạ:

Mô hình hệ thống xạ trị cơ bản


 HOÁ TRỊ
 Là phương pháp dùng thuốc (các hoá chất chống ung thư) để chữa bệnh,
thường được áp dụng để chữa các ung thư của hệ thống tạo huyết (bệnh
bạch cầu, U limphô ác tính…) hoặc ung thư đã lan tràn toàn thân mà phẫu
thuật và tia xạ không có khả năng điều trị được.
 Thuốc có thể uống nhưng đa số là truyền qua tĩnh mạch.

 MIỄN DỊCH TRỊ LIỆU
 Miễn dịch trị liệu ung thư là sử dụng cơ chế miễn nhiễm chống lại khối u.
 Các chất đó là kháng thể đơn dòng nhằm chống lại các protein đặc trưng cho
các tế bào ung thư, hay các cytokyne điều hoà đáp ứng của hệ miễn dịch.
 Miễn dịch trị liệu không ảnh hưởng tới tế bào lành nhưng rất hữu hiệu trong
việc tiêu diệt tế bào ung thư.
 Một số chất miễn dịch đặc hiệu như: BCG , Carynebacterium barvum, LH1
=> Điều trị ung thư.

 ĐIỀU TRỊ BẰNG CÁC HẠT MANG GENE ỨC CHẾ KHỐI U
 Cơ chế:
Mỗi hạt nano được gài một gen chống ung thư và được đưa trực tiếp và chuẩn xác
tới các tế bào ung thư, mà không gây ảnh hưởng gì tới các tế bào khỏe mạnh còn
lại.
Khi vào được đến tế bào mang bệnh, các gen này sẽ kích thích tế bào sản sinh ra
các protein có thể hủy diệt tế bào ung thư.
 Ưu điểm :
Hữu dụng đối với những người mang bệnh ung thư mà không thể phẫu thuật( sức
khỏe , hoặc những vùng quan trọng như não hoặc phổi)…

 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ UNG THƯ


III.

LIỆU PHÁP QUANG ĐỘNG HỌC (PDT)
1. PDT LÀ GÌ ?
 Liệu pháp quang động học (Photodynamic Therapy: PDT) là một
phương pháp liên quan đến việc sử dụng một loại thuốc gọi là chất nhạy
quang (photosensitizer: PS), được kích hoạt bằng cách tiếp xúc với ánh sáng
laser, để tiêu diệt những tế bào ung thư.


 CÁC GIAI ĐOẠN CƠ BẢN CỦA PDT

2. ÁNH SÁNG LASER
Light : Ánh sáng.
Amplification : Sự khuếch đại.
Stimulated Emission: Phát xạ kích thích.

Radiation: Sự bức xạ
 Laser = Tia khuếch đại ánh sáng bằng phát xa cưỡng bức

A. CẤU TẠO VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA LASER


 Cấu tạo

-

Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)
Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích)
Gương phản xạ toàn phần
Gương bán mạ
Tia laser
 Cơ chế hoạt động

 Hiện tượng phát xạ tự nhiên
+ Ở trạng thái kích thích En (+) là trạng thái k bền ( luôn có xu hướng quay
về trạng thái bền ).
+ Chúng chỉ tồn tại trong 1 thời gian ngắn và nhảy về trạng thái ban đầu
mang mức năng lượng thấp hơn và phần năng lượng dư thừa thoát ra ngoài
dưới dạng photon
+ Vd: đèn sợi tóc volfram, đèn ống khí neon
 Hiện tượng phát xạ cưỡng bức


+ Cưỡng bức là hiện tượng có 1 photon cưỡng bức ( bắt buộc ) làm cho 1
photon năng lượng cao chuyển về 1 photon năng lượng thấp và phát ra 2
photon năng lượng có cùng pha dao động, đó gọi là phát xạ cưỡng

bức( chính là tia laser).

B. CÁC TÍNH CHẤT CỦA LASER





Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do đó có khả
năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán.
Tính đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất.
Do vậy chùm laser không bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường
có chiết suất khác nhau. Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng
nào có.
Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser: Có khả năng phát xung cực
ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia
laser cực lớn trong thời gian cực ngắn.

C. CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG
 Chế độ phát liên tục


Trong chế độ phát liên tục, công suất của một laser tương đối không đổi so với thời
gian. Sự đảo nghịch mật độ electron cần thiết cho hoạt động laser được duy trì liên
tục bởi nguồn bơm năng lượng đều đặn.
 Chế độ phát xung
Trong chế độ phát xung, công suất laser luôn thay đổi so với thời gian, với đặc
trưng là các giai đoạn "đóng" và "ngắt" cho phép tập trung năng lượng cao nhất có
thể trong một thời gian ngắn nhất có thể.
D. PHÂN LOẠI DỰA TRÊN HOẠT CHẤT LASER

E. PHÂN LOẠI DỰA TRÊN CÔNG SUẤT LASER


 Laser công suất thấp: mật độ công suất vào khoảng 10-4 W/cm2, thời gian
chiếu: 10s ÷ vài phút. Ứng dụng: trị bại não ở trẻ em, phục hồi chức năng
sau tai biến, cắt cơn cai nghiện ma tuý….
 Laser công suất cao: công suất vào khoảng W/cm2 Ứng dụng: trong giảm
áp đĩa đệm qua da, trong chỉnh hình, tạo hình mạch, trong thẩm mỹ, trong
chữa tật khúc xạ của mắt, trong chữa xẹo lồi….và trong điều trị ung thư.

F. HIỆU ỨNG XẢY RA KHI TÁC DỤNG LASER CÔNG SUẤT
CAO LÊN MÔ SỐNG

G. LASER SỬ DỤNG TRONG LIỆU PHÁP QUANG ĐỘNG HỌC


3. CHẤT NHẠY QUANG
 Là dạng đơn chất.
 Hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ trong vùng khả kiến. Khả năng ở dạng triplet
cao.
 khả năng tạo oxi độc chất cao.
 khả năng lựa chọn khả năng lựa chọn khối u ác tính cao hơn những mô lành
bình thường.
 Không có độc tố

a) PHÂN LOẠI CHẤT NHẠY QUANG
 Chứa gốc porphyrin: purpurins hay 1,2,4- Trihydroxyanthraquin one
(hấp thụ mạnh ở bước sóng 630 ÷ 715nm), porphycenes (hấp thụ mạnh
ở bước sóng 635 nm)…

 Không chứa gốc porphyrin: hỗn hợp phenothiazinium

b) CÁC GIAI ĐOẠN HẤP THỤ CHẤT NHẠY QUANG
Bước 1: Tế bào ung thư và tế bào thường trước khi được tiêm chất nhạy quang.
Bước 2: Tiêm chất nhạy quang vào cơ thể.
Bước 3: Chất nhạy quang được hấp thụ trong tế bào ung thư.
Bước 4: Chất nhạy quang được kích thích bởi ánh sáng chiếu vào.

c) CÁC GIAI ĐOẠN TIÊU DIỆT TẾ BÀO UNG THƯ
Bước 5: Tạo ra oxy Singlet ở tế bào ung thư.
Bước 6: Tế bào ung thư bị tiêu diệt.
Bước 7: Tiêu diệt tế bào ung thư cho đến khi hết hoàn toàn.

d) CÁC CHẤT NHẠY QUANG THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG

 Haematoporphyrin and Photofrin:


 Hấp thụ ánh sáng laser có bước sóng 630 nm.
 Tiêu diệt những tế bào ung thư ở bên ngoài có bề dầy từ 3-10 mm.
 Photofrin không phù hợp cho những khối u ở vị trí sâu.
 Tiến hành chiếu sau khi tiêm 48h.
 Tránh ánh sáng trong thời gian 3tháng.
 Chu kỳ sinh học, bước sóng hấp thụ cực đại.
 Độ an toàn cao, không độc hại …

 Chlorins và bacteriochlorins:
 Trong các bacteriochlorin hai trong số các cặp liên kết exo- pyrole bị hydrat

hóa nên sẽ hấp thụ mạnh các bước sóng xa hơn.
 Chúng cho phép điều trị các khối u nằm sâu bên trong.
 Sử dụng ánh sáng laser có bước sóng 750 nm để kích thích.



Meta-Tetra hydroxyphenyl chlorin
Meta-Tetra hydroxyphenyl chlorin


m-THPC, Còn có tên khác là Foscan hoặc Temoporfin


 Phthalocyanine
 Sử dụng ánh sáng laser có bước sóng 680 nm kích thích
 Thời gian ở trạng thái triplet lâu.
 AlPcS có khả năng lựa chọn khối u, giảm nhạy sự nhạy cảm với ánh sáng
của da, khả năng hấp thụ ánh sáng đỏ cao.

4. QUÁ TRÌNH PHÁ HỦY TẾ BÀO UNG THƯ


Ảnh . Quá trình tạo ra oxy phản ứng tiêu diệt tế bào ung thư khi có kích thích
bởi laser.

 Mô tả quá trình
- Chất cảm quang (PS) dưới ánh sáng laser sẽ hấp thụ năng lượng của photo
ánh sáng laser chuyển mức năng lượng từ múc So lên S1
- Tại mức năng lượng S1. PS sẽ có 2 xu hướng chuyển đổi năng lượng chính :
 Chuyển trực tiếp về mức So => phát ra huỳnh quang

 Biến đổi nội năng chuyển về mức T1 tạo hiện tượng lân quang. Tại
mức năng lượng này , có 2 loại phản ứng giữa PS với các phân tử nội
bào khác:

 Phản ứng loại 1: phản ứng vs các phân tử sinh học xung quanh
thông qua giải phóng electron tạo nên các gốc có tính oxy hóa
mạnh(ROS), phá hủy các cấu trúc của tế bào bệnh.
 Phản ứng loại 2: truyền năng lượng cho oxy nội mô( oxy mức 3)
để tạo thành oxy mức 1 , gây độc cho tế bào bệnh
 CÁC PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG TẾ BÀO UNG THƯ KHI BỊ
CHIẾU LASER

1. Trực tiếp


(PS = Photosensitizer)
- PS + hv => 1PS*
- 1PS* => 3PS*
- 3PS* => 3O2 => PS + 1O2
- 1O2 + Substrate => Oxidative damage (Oxy hóa gây tổn thương)

Trực tiếp:
Oxy đơn bội (1O2) là một chất oxy hóa điển hình, nó ức chế hô hấp nội bào vàsinh ra các gốc tự do gấy độc

Ảnh. Sự chuyển mức năng lượng của Sensitizer khi Laser chiếu vào

-

1

PS ở trạng thái cơ bản có 2 electron mà spin quay ngược nhau nằm ở quỹ
đạo chuyển động phù hợp( lớp ngoài cùng) khi hấp thụ năng lượng ánh sáng
laser thì 1 electron sẽ được chuyển lên trạng thái cao hơn - trạng thái 1SP*
(singlet). Electron có xác suất chuyển về trạng thái ban đầu 1PS và gây ra
hiện tượng huỳnh quang hoặc nhiệt.
- Mặc khác, 1PS* thông qua hệ thống giao thoa (Intersystem Crossing) các
trạng thái để chuyển sang trạng thái 3PS* ( bền do được kích thích kéo dài).


Ảnh . Phản ứng quang hóa của chất nhạy quang (PS) ở trạng thái kích thích
ba.
- Trạng thái 3PS* tham gia 2 loại phải ứng:
+ Loại 1 : 3PS* + e- => PSPS- + O2 => PS + O2+ Loại 2 : 3PS* + 3O2 => 1PS +1O2 (Oxy singlet)



Oxy:

Oxy đơn bội (1O2) (Oxy singlet) là trạng thái kích thích siêu bền của Phân tử Oxy,
một chất oxy hóa, nó ức chế hô hấp nội bào và sinh ra các gốc tự do gấy độc cho tế
bào ung thư.


Ảnh. Các trạng thái năng lượng hoạt hóa của Oxy

- Trạng thái Oxy singlet có 2 electron có spin song song nhau và nằm ở 2 ô
lượng tử khác nhau
- Trạng thái Oxy triplet có 2 electrong cùng nằm trong cùng 1 ô lượng tử theo
nguyên lý loại trừ Pauli, do nhận được năng lượng từ 3SP*