Photodynamic therapy: A new approach to treating human papillomavirus-associated cervical pathology

Trushina O.I., Novikova E.G.

P.A. Herzen Moscow Oncology Research Institute, Ministry of Health of Russia, 125284, Russia, Moscow, 2nd Botkinsky passage 3
Objective. To develop methodological approaches to preventing human papillomavirus (HPV)-associated cervical precancer and cancer.
Subjects and methods. The basis for the investigation was the results of treatment in 195 women infected with high-risk HPV genotypes, of whom there were 25 who were diagnosed with grade II dysplasia, 120 with grade III dysplasia, and 50 with cancer in situ. The terms grades II and III dysplasia accepted in the Russian literature, which the foreign literature denotes as CIN II-III, where CIN III encompasses grade III dysplasia and cancer in situ were used to characterize atypical changes in the cervical epithelium. A session of laser irradiation of the cervical canal was performed along its whole length, by applying a flexible quartz single-fiber light guide with a 3-cm-long cylindrical diffuser that gave a 360-degree light matrix. The vaginal portion of the cervix uteri was remotely irradiated using the light guide with a 1.-1.5-mm-diameter lens, which was perpendicularly brought to the organ. The investigators used a multipositional procedure for photodynamic exposure to a light spot from 1.5 to 1.5 cm in diameter when one-field irradiation was initiated from the mouth of the womb, by successively transferring the light spot along the entire surface of the cervix to overlap the neighboring fields by 0.3-0.4 cm and to capture intact tissues by 0.3-0.5 cm. Analysis of the immediate results of photodynamic therapy (PDT) with photosens (0.3 mg/kg, 24-hour exposure, a 100-J/cm2 light dose) for grade II HPV-associated cervical dysplasia indicated that all clinical cases had been cured, regardless of the location of abnormal cervical epithelial changes. A complete regression of precancer was achieved in 92.5% of the women with grade III HPV-associated dysplasia who received PDT with photoheme (3.0 mg/kg, 72-hour exposure, a 150-J/cm2-light dose) and photosens (0.3 mg/kg, 24-hour exposure, a 150-J/cm2-light dose). The therapeutic effectiveness was found to be high in involvement of the exocervix (96.8%) and slightly beneath the exo-endocervix (90%). 200- and 250-J/cm2 light doses were used in PDT with photoheme (3.0 mg/kg) and photosens (0.3 mg/kg) to treat cases of cancer in situ. A complete regression was achieved in 80.7% of the women; initial tumor changes were most commonly located in the exocervix (93.9%). Sporadic ineffective treatment cases were diagnosed predominantly when carcinoma in situ was present in the endocervix.
Conclusion. Thus, PDT with the Russian agents photosens and photoheme is the minimal organ-sparing treatment for grades II and III HPV-associated dysplasia and precancer of the cervix uteri, which is similar to conventional therapies.
The findings of the antiviral efficiency of PDT are of great interest in the context of the proven etiological role of HPV in the development of cervical cancer.

Keywords

photodynamic therapy
cervical cancer
cervical intraepithelial neoplasia I
cervical intraepithelial neoplasia II
cervical intraepithelial neoplasia III
human papillomavirus
papillomavirus infection
alasens
photoditazin
photoheme
photosens

В России последние годы характеризуются ростом заболеваемости злокачественными новообразованиями шейки матки, частота которых за последнее десятилетие составила 3,1% [1]. При этом в старших возрастных группах наблюдается некоторая стабилизация уровня заболеваемости рака шейки матки (РШМ), тогда как число женщин c цервикальными неоплазиями в возрасте от 20 до 40 лет растет [2]. Неуклонный рост числа женщин со злокачественными новообразованиями шейки матки и тенденция к омоложению болезни, несомненно, свидетельствуют об актуальности поиска, разработки и внедрения новых подходов к профилактике и лечению РШМ. В успешной реализации этих задач важная роль отводится этиологическому фактору цервикального канцерогенеза – вирусу папилломы человека (ВПЧ), ДНК которого обнаруживается в 99,7% случаев РШМ [3].

Динамика вирусной инфекции может заключаться либо в ее регрессии, то есть элиминации вирусного пула, либо, наоборот, при длительной персистенции ВПЧ – прогрессии клеточных изменений в цервикальные интраэпителиальные неоплазии (CIN) I–II–III и микроинвазивный рак. Длительность этих процессов составляет от 2 до 10 лет [4], при этом вероятность их развития у женщин с персистирующей формой ВПЧ высокого онкологического риска по сравнению с не зараженной ВПЧ популяцией в среднем возрастает более чем в 300 раз [5]. Если сегодня не предпринимать профилактических и лечебных мер, то каждый случай плоскоклеточного рака через несколько лет будет ассоциирован с ВПЧ [6], а после 2050 г. ежегодно в мире РШМ будет заболевать 1 млн женщин [7].

В последние годы отмечается увеличение случаев стремительного развития РШМ в течение двух-трех лет после инфицирования ВПЧ у 15–28% женщин. При отсутствии же ВПЧ прогрессирование заболевания в короткие сроки развивается лишь у 1–3% женщин [8]. Неутешительный прогноз увеличения числа женщин с онкопатологией шейки матки в ближайшем будущем с большей убедительностью показывают первостепенное значение своевременного и эффективного лечения предопухолевых и начальных опухолевых поражений цервикального эпителия, что предотвратит развитие злокачественного процесса и прогрессирование заболевания до инвазивных форм.

Эти методы лечения согласно Я.В. Бохману (1989) можно условно разделить на два вида: деструктивные, то есть разрушающие патологическую ткань шейки матки (диатермокоагуляция, криодеструкция, лазерная вапоризация), и хирургические, удаляющие шейку матки в форме конуса (ножевая, лазерная, электро- и радиоволновая эксцизия). С появлением вирусной концепции цервикального канцерогенеза лечебные воздействия должны быть направлены и на геном ВПЧ. Такой подход к лечению ВПЧ-ассоциированной цервикальной патологии обусловлен недостаточной эффективностью монотерапии для элиминации ВПЧ, отсутствием «точечных» воздействий на геном вируса и неглубокой деструкцией [9].

Все эти причины ведут к сохранению ВПЧ в местах первичных поражений, зоне некроза, во внешне неизмененных тканях, прилежащих к краю резекции или деструкции [10]. Экспрессия персистирующей ДНК ВПЧ и реактивация вирусного генома обуславливают достаточно высокий риск развития в короткий срок после первичного лечения CIN I–II–III, прогрессирования процесса в преинвазивный или со временем – микроинвазивный рак (от 15 до 70%) [11].

Таким образом, с учетом доказанной этиологической роли онкотропных типов ВПЧ в цервикальном канцерогенезе, увеличения числа заболевших женщин РШМ и омоложения болезни, участившихся случаев стремительного развития РШМ и рецидивов заболевания, назрела необходимость активного поиска новых патогенетически обоснованных лечебных воздействий на ВПЧ-ассоциированную патологию шейки матки. Эти методы лечения должны обладать одновременно противоопухолевым и противовирусным эффектом с сохранением анатомической и функциональной целостности органа, привести к более высоким показателям эрадикации ВПЧ и более низким – реактивации инфекции, полноценно реабилитировать женщину в медицинском и социальном аспектах.

Поиск и решение этих задач стал возможным вследствие все большего применения в клинической онкологии новых достижений в области химии, биологии и квантовой физики. Среди них особое место занимает фотодинамическая терапия (ФДТ), основанная на способности ряда лекарственных препаратов – фотосенсибилизаторов (ФС) накапливаться в опухолевой ткани и при взаимодействии с излучением света определенной длины волны инициировать за счет серии фотофизических процессов повреждение и/или разрушение структур опухоли [12, 13].

Клиническое использование ФДТ в последние годы существенно расширяется благодаря несомненным достоинствам метода: малая инвазивность, селективность деструкции, минимальность повреждения здоровой ткани, возможность многократного применения за счет отсутствия резистентности к повторным циклам, отсутствие токсических и иммунодепрессивных реакций [14]. Перспективность ФДТ при патологии женских половых органов заключается в самостоятельном органосберегающем лечении.

На протяжении последних двух десятилетий отмечается возрастающий интерес гинекологов всего мира к возможностям ФДТ в лечении заболеваний женских половых органов. Метод нашел свое применение при эндометриозе, дисфункциональных маточных кровотечениях, фоновых заболеваниях шейки матки и вульвы [15, 16]. Возможности ФДТ в лечении CIN стали исследоваться с 90-х годов прошлого столетия. Первым препаратом, который был предложен в качестве ФС, был фотофрин [17]. В последующие годы проводились попытки оптимизации режимов ФДТ с различными группами ФС с целью достижения излечения CIN и сохранения анатомической и функциональной целостности органа.

ФДТ с использованием гексилового эфира аминолевулиновой кислоты (АЛК), световой дозы 100–140 Дж/см2 и длины волны лазерного излучения 633 нм позволил достичь регрессии CIN I–II–III в двух третях клинических наблюдений, из которых наибольшую часть составили случаи с минимальной степенью неоплазии [18]. Практически такие же результаты ФДТ с аналогичным ФС получены в другом исследовании, где полная регрессия СIN I зарегистрирована в 100% случаев, СIN II и СIN III – в 50 и 43% соответственно. Изучение фармакокинетики и селективности порфиринов позволило определить оптимальную концентрацию препарата – 10 ммоль/л и время экспозиции препарата – 300–540 мин [19]. ФДТ с 5-АЛК, время экспозиции которой на шейке матки составило 8 ч, привело к положительному результату лечения CIN I–II у 55% женщин при применении световой дозы излучения 100 Дж/см2 [20].

Более высокая частота полной регрессии CIN II–III (93%) достигнута в случаях, где ФДТ выполнена с препаратом фотогем (2 мг/кг, внутривенно) и доза света составила 100–150 Дж/см2. Лечебный эффект с сохранением основных характеристик шейки матки получен за счет селективного разрушения ткани [21].

Изучение оптимального соотношения дозы фотодитазина и светового излучения, путей его подведения и клинической эффективности ФДТ у женщин с фоновой и предопухолевой патологией шейки матки показало целесообразность использования препарата в виде геля (0,5%), плотности энергии в дозе 80–250 Дж/см2, длины волны лазерного излучения 662 нм. Такой методологический подход позволил достичь положительных результатов лечения у 88,9% женщин.

Сравнительный анализ эффективности ФДТ с фотолоном (0,5% раствор, внутривенно) в лечении CIN II–III с традиционными лечебными подходами продемонстрировал перспективность метода. Полная регрессия зарегистрирована у 65% женщин, при этом время экспозиции препарата составило 2,5 ч, длина волны – 662 нм, плотность мощности излучения – 100–300 Вт/см2 [22]. Более высокая частота клинической эффективности ФДТ установлена с фосканом в виде геля (0,1–0,2 мг/кг) в наблюдениях с аналогичными изменениями в цервикальном эпителии (78%). Длина волны лазерного облучения составила 652 нм, доза световой энергии – 10–20 Дж/см2 [23].

Таким образом, анализируя представленные данные литературы по применению ФДТ в гинекологии, можно заключить, что на сегодняшний день разработаны методики светового воздействия на CIN I–II–III без учета вирус-ассоциированного характера этих изменений. Актуальность поиска новых путей эффективных методов лечения ВПЧ-ассоциированной цервикальной патологии очевидна. Необходимо продолжить изучение многих вопросов, связанных с показаниями для ФДТ, выбором ФС, способами введения препаратов и путями подведения светового излучения к патологическому эпителию. Одним из основных направлений в решении данной проблемы является сохранение важнейшего фактора репродуктивного здоровья женского организма – структурно-функциональных характеристик шейки матки.

В отделении онкогинекологии МНИОИ им. П.А. Гер­цена разработан детализированный под­ход к выбору режимов фотодинамического воздействия в зависимости от выраженности и локализации ВПЧ-ассоциированных CIN II–III в качестве самостоятельного метода, что явно расширит возможности органосохраняющего лечения. При разработке методологических аспектов ФДТ с отечественными ФС (фотогем, фотосенс) преследовалась цель достижения за счет оптимизации режимов облучения не только излечения, но и противовирусного эффекта.

В основу работы положены результаты лечения 195 женщин, инфицированных высокоонкогенными генотипами ВПЧ, у 25 из которых диагностирована дисплазия II степени, у 120 – дисплазия III степени и у 50 – рак in situ. При характеристике атипических изменений в цервикальном эпителии использованы принятые в отечественной литературе термины дисплазия II и III степени, рак in situ, которые в зарубежной литературе обозначены как CIN II–III, где в CIN III объединены дисплазия III степени и рак in situ.

Разработаны режимы фотодинамического воздействия на шейку матки с учетом степени выраженности цервикальных изменений, их локализации и необходимости воздействия на резервуар репликативно активных вирусов, которое заключалось в облучении цервикального канала на всем его протяжении и всей площади влагалищной порции шейки матки с захватом сводов влагалища. Такой подход к лечению обеспечивает воздействие не только на видимый глазом патологический эпителий, но и клинически не определяемый, а также на латентные и субклинические формы папилломавирусной инфекции.

Сеанс лазерного облучения цервикального канала по всей его длине проводили с использованием гибкого кварцевого моноволоконного световода с цилиндрическим диффузором длиной 3 см, дающим матрицу света на 360%. Облучение влагалищной порции шейки матки осуществляли дистанционно с использованием световода с линзой диаметром 1–1,5 см, перпендикулярно подведенного к органу. Применена полипозиционная методика фотодинамического воздействия с диаметром светового пятна от 1 до 1,5 см, когда облучение начинается с области маточного зева одним полем с последовательным перемещением светового пятна вдоль всей поверхности шейки с перекрытием соседних полей на 0,3–0,4 см и захватом здоровых тканей на 0,3–0,5 см (рисунок).

Анализ непосредственных результатов ФДТ в лечении ВПЧ-ассоциированной дисплазии II степени с препаратом фотосенс (0,3 мг/кг, время экспозиции 24 ч, доза световой энергии 100 Дж/см2) показал излечение во всех клинических наблюдениях независимо от локализации патологических изменений в цервикальном эпителии.

В группе женщин с ВПЧ-ассоциированной дисплазии III степени, где ФДТ выполнена с препаратами фотогем (3,0 мг/кг, время экспозиции 72 ч, доза световой энергии 150 Дж/см2) и фотосенс (0,3 мг/кг, время экспозиции 24 ч, дозы световой энергии 150 Дж/см2), полная регрессия предрака достигнута в 92,5%. Отмечена высокая эффективность лечения при поражении экзоцервикса (96,8%) и несколько ниже – экзо-эндоцервикса (90%).

В наблюдениях с раком in situ при проведении ФДТ с фотогемом (3,0 мг/кг) и фотосенсом (0,3 мг/кг) применены световые дозы 200 Дж/см2 и 150 Дж/см2. Полная регрессия достигнута у 80,7% женщин, при этом наиболее часто начальные опухолевые изменения были локализованы в экзоцервиксе (93,9%). Единичные случаи неэффективности лечения диагностированы преимущественно при локализации преинвазивного рака в эндоцервиксе.

О выраженном противовирусном эффекте ФДТ свидетельствуют высокие значения полной эрадикации высокоонкогенных генотипов ВПЧ в 94% случаев, что значительно выше по сравнению с альтернативными методами воздействия (диатермо- и радиокоагуляция, криодеструкция, лазерная вапоризация), где данный показатель составляет от 7 до 77% [24, 25]. Противовирусный эффект лечения не зависел от степени тяжести диспластических изменений и распространенности начального опухолевого процесса, инфицирования одним или двумя и более типами ВПЧ.

Таким образом, ФДТ с отечественными препаратами фотосенс и фотогем является «минимальным вариантом» органосохраняющего лечения ВПЧ-ассоциированной дисплазии II–III ст. и начальной опухолевой патологии шейки матки, сопоставимым с традиционными лечебными воздействиями. Преимуществом ФДТ перед хирургическими и физическими методами лечения (ножевая ампутация, лазерная, электро- и радиоволновая конусовидная эксцизия) является одновременное патогенетическое воздействие на патологический процесс и этиологический фактор цервикального канцерогенеза – ВПЧ. ФДТ может быть рекомендована как альтернативный метод лечения ВПЧ-ассоциированной умеренной и выраженной дисплазии шейки матки, преинвазивного рака с сохранением анатомической и функциональной целостности органа, что немаловажно у женщин репродуктивного возраста. Разработанная методика фотодинамического воздействия за счет селективного и точечного разрушения видимых и невидимых патологических очагов является эффективной в достижении полной регрессии атипических изменений и эрадикации ВПЧ, что также в совокупности ведет к профилактике рецидивов заболевания. ФДТ может быть рекомендована с противовирусной целью на втором этапе лечения после высокой ножевой ампутации, лазерной, электро- и радиоволновой конусовидной эксцизии шейки матки. Низкий процент осложнений во время беременности и родов, не отличающийся от аналогичных показателей в популяции, а также возможность родоразрешения через естественные родовые пути свидетельствуют в целом о сохранении анатомической и функциональной целостности шейки матки после фотодинамического воздействия на орган. Своевременное проведение эффективных лечебных мероприятий на этапе предопухолевой и начальной опухолевой трансформации шейки матки, ассоциированной с высокоонкогенными генотипами ВПЧ, может сделать РШМ теоретически предотвращаемой опухолью, что является реальной вторичной профилактикой развития цервикального рака.

References

1. Kaprin A.D., Starinskiy V.V. Petrova G.V., eds. Malignancies in Russia in 2012 (morbidity and mortality). M.; 2014. (in Russian)
2. Churuksaeva O.N., Kolomiets L.A., Vidyaeva I.G., Urazova L.N., Nikitina E.G. Virus-associated virus-negative cervical cancer: clinical features. Problemyi zdorovya i ekologii. 2010; 1: 62-64. (in Russian)]
3. Ljubojevic S., Skerlev M. HPV-associated diseases. Clin. Dermatol. 2014; 32(2): 227-34.
4. Sach K.V., Kessis T.D., Sach F.P. Human papillomavirus investigation of patients with cervical intraepithelial neoplasia 3, some of whom progressed to invasive canser. Int. J. Gynecol. Pathol. 2010; 15: 127-30.
5. Bory J.P., Cucherousset J., Lorenzato M., Gabriel R., Quereux C., Birembaut P., Clavel C. Reccurrent human papillomavirus infection detected with the hybrid capture II assay selects women with normal cervical smears at risk for developing high grade cervical lesions: a longitudinal study of 3,091 women. Int. J. Cancer. 2002; 102(5): 519-25.
6. Kozachenko V.P. Cervical cancer. Sovremennaya onkologiya. 2000; 2(2): 40-4. (in Russian)
7. Saslov D., Rinowicz C., Solomon D. American Сancer Soсiety guideline for the early detection of cervical neoplasia and cancer. CA Cancer J. Clin. 2010; 52: 342-62.
8. Panjkovic M., Ivkovic-Kapicl T. Etiology and pathogenesis of precancerous lesions and invasive cervical carcinoma. Med. Pregl. 2008; 61(7-8): 364-8.
9. Podistov Yu.I., Laktionov K.P., Petrovichev N.N. Epithelial dysplasia of the uterine cervix. M.: GEOTAR-Media; 2008: 457-509. (in Russian)
10. Laptsevich T.P., Istomin Yu.P., Chalov V.N. Photodynamic therapy of malignant tumors: the basics, the history of, and prospects. Review of the literature. Minsk; 2010. 12 p. (in Russian)
11. Bedford S. Cervical cancer: physiology, risk factors vaccination and treatment. Br. J. Nurs. 2009; 18(2): 80-4.
12. Dougherty T.J., Kaufman J.E., Goldfarb A., Weishaupt K.R., Boyle D., Mittleman A. Photoradiation therapy for the treatment of malignant tumours. Cancer Res. 1978; 38(8): 2628-35.
13. Huang Z. A review of progress in clinical photodynamic therapy. Technol. Cancer Res. Treat. 2005; 4(3): 283-93.
14. Chissov V.I., Filonenko E.V.. Fluorescence diagnosis and photodynamic therapy in oncology. M.; 2012. 272 p. (in Russian)
15. Denisova E.D., Apolihina I.A., Bulgakova N.N. Fluorescent diagnostics and photodynamic therapy: possible applications in diseases of the lower genital tract. Akusherstvo i ginekologiya/Obstetrics and Gynecology. 2010; 3: 17-20. (in Russian)
16. Hashukoeva A.Z., Otdelnova O.B., Rehviashvili S.A. Possibility of photodynamic therapy in the treatment of gynecological diseases. Vestnik RGMU. 2004; 4: 107-111. (in Russian)
17. Muroya T., Suehiro Y., Umayahara K. Photodynamic therapy (PDT) for early cervical caner. Gan To Kagaku Ryoho. 1996; 23(1): 70-5.
18. Hillemanns P., Wang X., Hertel H., Andikyan V., Hillemanns M., Stepp H., Soergel P. Pharmacokinetics and selectivity of porphyrin synthesis after topical application of hexaminolevulinate in patients with cervical intraepithelial neoplasia. Am. J. Obstet. Gynecol. 2008; 198(3): 300. e1-7.
19. Andikyan V., Hillemanns M., Stepp H., Soergel P. Pharmacokinetics and selectivity of porphyrin synthesis after topical application of hexaminolevulinate in patients with cervical intraepithelial neoplasia. Am. J. Obstet. Gynecol. 2008; 198(3): 300. e1-7.
20. Keefe K.A., Tadir Y., Tromberg B., Berns M., Osann K., Hashad R., Monk B.J. Photodynamic therapy of high-grade cervical intraepithelial neoplasia with 5-aminolevulinic acid. Lasers Surg. Med. 2002; 31(4): 289-93.
21. Jeong C.H. et al. In: 10th World Congress of the International Photodynamic Association: Book of Abstracts. Munich, Germany, June 22–25, 2005: P14.05.
22. Syirchikova E.A., Shumilina K.S., N.A. Pavlova. The first experience of the combined effects of photodynamic therapy and ultrasonic cavitation in the treatment of background and precancerous cervical diseaseю Sibirskiy onkologicheskiy zhurnal. 2008; Suppl. 1: 126-7. (In Russian)
23. Schmidt S., Spaniol S . Photodynamic therapy for cervical dysplasia. In: Wyss P., Tadir Y., Tromberg B.J., Haller U., eds. Photomedicine in gynecology and reproduction, Basel: Karger; 2000: 265-9.
24. Ostojic D., Vrdoljak-Mozetic D., Stemberger-Papic S., Finderle A., Eminovic S. Cervical cytology and HPV test in follow-up after conisation or LLETZ. Coll. Antropol. 2010; 34 (1): 219-24.
25. Korolenkova L.I., Bryuzgin V.V. Severe cervical intraepithelial neoplasias (CIN II-III/carcinoma in situ) and microcarcinoma of the cervix uteri in pregnant women. Akusherstvo i ginekologiya/Obstetrics and Gynecology. 2011; 5: 68-74. (in Russian)

About the Authors

Trushina Olga Ivanovna, MD, Senior Researcher, Department of gynecologic tumors reproductive and urinary organs, P.A. Herzen Moscow Oncology Research Institute, Ministry of Health of Russia. 125284, Russia, Moscow, 2nd Botkinsky passage 3. Tel.: +74959458819. E-mail: o.trushina@list.ru
Novikova Elena Grigorevna, professor, Head of the Department of gynecologic tumors reproductive and urinary organs, P.A. Herzen Moscow Oncology Research Institute, Ministry of Health of Russia. 125284, Russia, Moscow, 2nd Botkinsky passage 3. Tel.: +74959458820

Similar Articles

By continuing to use our site, you consent to the processing of cookies that ensure the proper functioning of the site.