La terapia combinada fotodinámica/fototérmica implica el uso de un compuesto químico o nanomaterial que, cuando se irradia a una determinada longitud de onda, convierte la energía de la luz en especies reactivas de oxígeno (ROS) y calor. Esto ha demostrado ser muy eficaz en el tratamiento de infecciones de la piel, mostrando mayores tasas de curación de heridas y un menor impacto en la viabilidad de las células humanas que las terapias fotodinámicas (PD) o fototérmicas (PT). Los compuestos involucrados a menudo emplean mecanismos de acción adicionales o mecanismos de reducción de efectos secundarios, lo que aumenta aún más su eficacia. [1] [2] [3]
Las fototerapias son mínimamente invasivas, y los principales problemas de toxicidad giran en torno a la fototoxicidad y a los mecanismos de acción no específicos de las ROS y el calor que afectan a las células humanas sanas (aunque en cantidades menores que las células diana). En las infecciones de heridas cutáneas, se ha observado que múltiples enfoques fototerapéuticos aumentan las tasas de cierre de las heridas en comparación con los controles no tratados. Esto se debe generalmente a una regulación positiva del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) y del factor inducible por hipoxia (HIF). Las fototerapias también son activas contra las bacterias grampositivas y gramnegativas, y la terapia fotodinámica tiene algunas excepciones. [4]
Para aplicar esta técnica, se aplica un fotosensibilizador en la herida o en el sitio del tumor, ya sea por vía tópica o intravenosa . Una vez localizado, el área objetivo se expone a un láser de una longitud de onda e intensidad seleccionadas durante un tiempo de irradiación predeterminado. La longitud de onda, la técnica de localización, la intensidad del láser y el período de irradiación se determinan en función del agente fototerapéutico individual, ya que estos factores pueden variar en gran medida de un compuesto a otro. Las aplicaciones tópicas pueden realizarse mediante la incorporación del agente fototerapéutico con un hidrogel que filtrará lentamente el compuesto en la herida, lo que permitirá una producción más controlada de ROS y/o calor. [5] [6]
Un fotosensibilizador es un compuesto químico o nanomaterial capaz de capturar energía luminosa y utilizarla para generar ROS. Actualmente, hay 6 fotosensibilizadores que están clínicamente aprobados o en fase de ensayos clínicos para el tratamiento de cánceres y 1 aprobado para el tratamiento de trastornos y enfermedades oculares. [7] La terapia fotodinámica (TFD) también se utiliza a menudo para el tratamiento del acné, así como para diversas afecciones dermatológicas como la psoriasis , la dermatitis atópica y el vitíligo . [8] Es muy poco probable que las bacterias adquieran resistencia a un fotosensibilizador o un tratamiento con TFD, ya que los fotosensibilizadores pueden generar ROS dentro o fuera de la célula diana, y ambos dañan la membrana [9].
Un fotosensibilizador genera ROS a través de uno de dos procesos. El tipo I implica una reacción redox que da como resultado la creación de superóxidos (O 2 • − ), radicales hidroxilo (OH•) y peróxidos radicales , mientras que el tipo II genera oxígeno singlete directamente a través de una transferencia de electrones desde el fotosensibilizador. [5] Estos ROS continúan dañando de manera no específica una variedad de componentes celulares, incluidas las proteínas, el ADN y los lípidos, mientras intentan eliminar el radical.
Debido a la necesidad de oxígeno para la PDT, estos tratamientos no funcionan tan bien en entornos hipóxicos , incluidos los tumores desarrollados y algunas heridas profundas. Las infecciones dentales también tienden a responder mejor a la terapia fototérmica que a la terapia fotodinámica, aunque ambas tienen un efecto fuerte. [10] [11] [12] La eficacia de la PDT para el uso antimicrobiano está limitada por las propiedades de la membrana de la célula diana, como el gradiente eléctrico ( potencial de membrana ) y la composición lipídica. Mientras que se observa una alta muerte celular para Escherichia coli y Staphylococcus aureus , otras especies bacterianas como Klebsiella pneumoniae y Acinetobacter baumannii tienden a ver un impacto muy bajo de la PDT debido a estos factores. [4] Esto limita el potencial como antibiótico de banda ancha, pero también puede permitir la especificidad al dirigirse a las células patógenas sobre las células del microbioma humano y de la piel.
El verde de indocianina es un agente fototérmico aprobado por la FDA que se utiliza principalmente en técnicas de imágenes, pero también muestra actividad anticancerígena y antimicrobiana a través de tratamientos de terapia fototérmica (PTT). [11] Los agentes fototérmicos son activos contra las células enfermas al acumularse dentro o alrededor de las células objetivo y luego convertir la energía de la luz directamente en calor, matando al objetivo a través del daño relacionado con el calor.
El PTT tiene un bajo nivel de selectividad más allá de la etapa de acumulación, en la que tiende a acumularse preferentemente dentro de las células enfermas y bacterianas. Esto aumenta la actividad antibiótica de banda ancha y disminuye la probabilidad de desarrollo de resistencia, pero también aumenta el impacto en las células humanas. Las células humanas experimentan daños irreversibles en el rango de 46-60 °C, que está por debajo de las temperaturas alcanzadas por algunos agentes fototérmicos durante la terapia fototérmica. [2] [13] La viabilidad de las células humanas se puede mantener a través del PTT a baja temperatura (≤ 45 °C), que normalmente solo es posible en combinación con un antibiótico adicional o una actividad fotodinámica. [14]
La terapia combinada fotodinámica/fototérmica combina los mecanismos de producción de ROS y la generación de calor en un solo tratamiento para lograr un efecto intensificado sobre las células bacterianas objetivo. En muchos casos, esto se puede lograr con un solo compuesto o nanomaterial (agente fototerapéutico) y una longitud de onda.
Debido a la presencia de ROS y exceso de calor, las células diana tienen menos capacidad para resistir cada efecto. El aumento de calor corresponde a una mayor permeabilidad de la membrana celular , [15] lo que permite la generación de ROS dentro de la célula diana. Esto también elimina/reduce la selectividad observada para la PDT, ya que puede ingresar a la célula sin obstáculos.
Tanto los fotosensibilizadores como los agentes fototérmicos tienen cierto grado de selectividad por las células diana en lugar de por las células humanas sanas, pero al utilizar ambos mecanismos esta selectividad se refuerza. Una mayor eficacia de los antibióticos indica una menor probabilidad de requerir tratamientos de seguimiento, por lo que el daño es mínimo. Además, algunos de estos agentes fototerapéuticos combinados tienen propiedades antioxidantes/de eliminación reactiva del oxígeno, lo que reduce la cantidad de daño colateral sufrido por las células humanas circundantes. [3] [6]
Muchos agentes fototerapéuticos que muestran actividad tanto de PD como de PT vienen con efectos adicionales, como iones metálicos antibióticos, [2] [13] [14] [16] [17] mecanismos antibióticos físicos, [1] o actividad similar a la peroxidasa. [18] Estos efectos adicionales aumentan aún más la actividad antibiótica, y a menudo demuestran una actividad de banda ancha con un 99 % de muerte celular o más, independientemente de la cepa o la resistencia al fármaco.