4.2 · Verteporfin

selektive Anlagerung zur gezielten Therapie

Schädigung endothelialer Zellmembranen thrombogene Faktoren

Photothrombose

Abb. 4.4 Vaskuläre Effekte der PDT, die im Wesentlichen eine Photothrombose bewirken

Faktors, die Migration von Makrophagen, Neutrophilen, die Aktivierung von B-Lymphozyten und Subtypen der T-Lymphozyten sowie vorübergehende immunsuppressive Effekte durch die Verminderung Antigen präsentierender Zellen: Niedrig konzentriertes Verteporfin konnte die Überlebensdauer von Hauttransplantaten verlängern.

Zusammenfassend wirkt die PDT in den Zielstrukturen auf zellulärem, vaskulärem und auch immunmodulatorischem Weg. Während die vaskulären Effekte eine wesentliche Rolle beim Wirkmechanismus aller Photosensibilisatoren spielen, hängt der relative Beitrag dieser Mechanismen vom jeweiligen Typ des Photosensibilisators ab.

Licht

Da es sich bei der PDT um einen linearen Prozess handelt, bestimmt die Summe der während der Beleuchtung absorbierten Lichtenergie deren Effekt mit. Diese Lichtdosis (J/cm2) ist das Produkt der Expositionszeit in Sekunden und der Lichtintensität (W/cm2). Um ein Lichtdosis von 50 J/cm2 zu erreichen, ist z.B. eine Beleuchtung mit 600 mW/cm2 über 83 s erforderlich.

Die Lichtquelle sollte das Absorptionsspektrum des Photosensibilisators erfassen. In der Ophthalmologie sind Laser die beste Wahl, da sie monochromatisches, kohärentes Licht hoher Energie mit einer konstanten, homogenen Lichtdosis im Beleuchtungsstrahl abgeben, welches direkt auf den Fundus gelenkt werden kann. Derzeit stellen Diodenlaser die erste Wahl dar.

Die Eindringtiefe des Lasers in Gewebe hängt von der Wellenlänge des Lichts ab und beträgt etwa 2 bis 3 mm für (rotes) Licht der Wellenlänge 630 nm und reicht bis zu 5 bis 6 mm tief bei einer Wellenlänge von 700-800 nm. Da die Wirkung der PDT von den spezifischen Eigenschaften des Photosensibilisators beeinflusst wird, ist der Verlust der Lichtintensität durch die Absorption des Gewebes am Fundus zu vernachlässigen.

Von Bedeutung ist die relativ höhere Selektivität der PDT auf die Choroidea gegenüber der Retina. Dieser Grad der Selektivität ist mit zunehmender Verkürzung

der Zeit zwischen intravenöser Applikation des Photosensibilisators und der Beleuchtung vermindert. Daraus resultiert, dass eine Verkürzung dieses Zeitintervalls die okklusiven vaskulären Effekte auf Retina und Choroidea bei gleichzeitigem Verlust der retinochoroidalen Selektivität erhöht.

Photosensibilisator

Sowohl die intravenöse Konzentration und die medikamentöse Aufbereitung des Photosensibilisator als auch die Infusionsdauer beeinflussen die Effektivität und Selektivität der PDT. Zum Zeitpunkt der Beleuchtung muss eine ausreichende Konzentration im zu behandelnden Gewebe vorliegen, um effektive photodynamische Reaktionen auszulösen. Die phototoxischen Wirkungen im Gewebe korrelieren sowohl mit der applizierten Lichtdosis als auch Medikamentendosis. Um gleiche Wirkungen zu erreichen, korreliert die Konzentration des Photosensibilisators invers mit der Lichtdosis.

Verschiedenste Zellbestandteile wie Liposomen, Mitochondrien, Zellmembranen, der Endothelzellen werden durch Photosensibilisatoren beeinflusst. Während hydrophile Substanzen eher das Interstitium erreichen, werden die Gefäßwände von lipophilen Stoffen bevorzugt. Für lipophile Photosensibilisatoren ist ein zytotoxischer Effekt absorbierter Lichteinheit wahrscheinlich. Die Gabe des Photosensibilisators erfolgte tierexperimentell deshalb in Form eines Bolus, da eine erhöhte relative Selektivität und Wirksamkeit gegenüber neovaskulären und pathologischen Gefäßstrukturen vermutet wurde. Durch die Bindung an Marker, Antikörper oder Lipoproteine, die bei der Zellproliferation eine Rolle spielen, kann die Selektivität des Photosensibilisators gesteigert werden. Da maligne und neovaskuläre Endothelien reich an LDL-Rezeptoren sind und vermehrt LDL-Rezeptoren exprimieren, scheinen sie für die selektive Affinität der Photosensibilisatoren, insbesondere der Porphyrine, verantwortlich zu sein. Im Vergleich zu gesundem Gewebe (Haut, Muskel, Gehirn, Lunge) konnte nach Applikation im Tumorgewebe eine erhöhte Konzentration von Photosensibilisatoren nachgewiesen werden. Durch die Bindung an LDL-Rezeptoren kann der LDL-Rezeptor- Photosensibilisator-Komplex intrazelluläre Effekte der PDT nach Beleuchtung verstärken.

4.2Verteporfin

Als einziger Photosensibilisator ist Verteporfin für die klinische Anwendung in der Ophthalmologie zugelassen, im speziellen für die Behandlung choroidaler Neovaskularisationsmembranen bei AMD und pathologischer Myopie.

4.2.1 Charakteristische Merkmale

Verteporfin, Benzoporphyrinderivat-Monoacid (BPD-MA), ein photosensibilisierender Farbstoff, ist ein Porphyrinpräparat der zweiten Generation und besteht aus zwei Isomeren, welche sich lediglich bezüglich der Lage der Carboxylsäureund Methyl-Ester-Bindung an den Ringen C und D des chlorinartigen Moleküls unterscheiden.

4BPD-MA besteht aus einem verkleinerten Porphyrinring mit einem an Ring A gebundenen Cyclohexadienring, der für das hohe Photosensibilisierungspotenzial des Moleküls wesentlich verantwortlich sein dürfte.

Im Vergleich zu Hämatoporphyrin hat BPD-MA eine um den Faktor 4-10 effizientere Lichtabsorption und weist einen um 10bis 70-mal höheren zytotoxischen Effekt gegenüber zirkulierenden Zellinien (Leukämiezellen, humane Lymphozyten, Mastozytomzellen der Maus) auf.

Bei einer schnellen Clearence-Rate mit einer Plasmahalbwertzeit von 5-6 Stunden wird BPD-MA in der Leber zu inaktiven Metaboliten verstoffwechselt und über die Galle ausgeschieden. Nur 4% werden renal eliminiert. Die kurze Halbwertszeit reduziert die toxischen Nebenwirkungen und das Risiko einer Photosensibilisierung. 24 Stunden nach intravenöser Gabe von Verteporfin besteht kein erhöhtes Risiko für eine Photosensibilisierung der Haut mehr.

Verteporfin besitzt Absorptionsmaxima bei 400 nm und 692 nm, letzteres wird zu therapeutischen Zwecken eingesetzt, um Blaulichtschäden zu vermeiden. Ferner konkurriert das Absorptionsmaximum von 692 nm nicht mit jenem des Hämoglobins, welches Licht der Wellenlänge unter 600 nm absorbiert.

Als relativ lipophile Substanz lagert sich Verteporfin leicht an Zellmembranen an. Um die selektive Anreicherung und damit die photodynamische Aktivität in den Zielstrukturen zu verbessern, wurde auf der Basis eines erhöhten LDL-Metabolismus in neovaskulären Geweben sowie Tumorzellen BPD-MA an humanes Low-density- Lipoprotein gekoppelt. Die liposomale Aufbereitung für die klinische Anwendung erleichtert die Bindung an Plasmalipoproteine und LDL-Rezeptoren im Zielgewebe und verstärkt so die phototoxischen Effekte.

4.2.2Effekte der PDT in tierexperimentellen Untersuchungen

Mit Hilfe Fluoreszein-mikroskopischer Untersuchungen konnte BPD-MA im retinalen Pigmentepithel und der Aderhaut bereits 5 min nach der Injektion nachgewiesen werden, wobei eine zunehmende Anreicherung über einen Zeitraum von 20 min sowie ein Staining auch im Bereich der Photorezeptoraußensegmente im weiteren Zeit-

verlauf beobachtet wurde. In den Gefäßen der Netzhaut und Aderhaut ist BPD-MA entsprechend rasch nachzuweisen, aufgrund der schnellen Eliminationszeit dieses Wirkstoffes jedoch lediglich in den ersten 2 Stunden nach der Injektion. Kramer et al (1996) konnten BPD-MA in CNV innerhalb von 30 min nach der Injektion von 2,0 mg/kg für einen Zeitraum von bis zu 2,5 Stunden nachweisen. Hingegen fand sich die Fluoreszenz von BPD-MA in gesunden choroidalen und retinalen Gefäßen früher und verminderte sich bereits nach 5 Minuten in den choroidalen bzw. 20 min in den retinalen Gefäßen. Dennoch konnten vereinzelt Reste von fluoreszierenden BPD-MA im retinalen Pigmentepithel bis zu 24 Stunden nach der Infusion nachgewiesen werden.

Basierend auf dem »Laser-injury-Modell« nach Ryan konnten im Tiermodell an Affen experimentell induzierte CNV nach einer intravenösen Injektion von 1 bis 2 mg/kg BPD-MA über 5 min ophthalmoskopisch, Fluoreszeinangiographisch und elektronenmikroskopisch nachweisbar verschlossen werden. Die PDT mit BPD-MA erfolgte jeweils 1-81 min nach der Injektion mit einer Lichtdosis von 50, 75, 100 bzw. 150 J/cm² und einer Leuchtdichte von 150, 300 bzw. 600 mW/cm2.

Die Endothelzellen der CNV waren entweder nekrotisch oder nicht mehr nachweisbar. Die Gefäße waren nach der PDT mit Thrombozyten, Neutrophilen, Leukozyten, Erythrozyten und Fibrin verlegt. Die Perizyten zeigten eine erhebliche Vakuolisierung. Es fand sich aber auch eine Destruktion des RPE, pyknotische Zellkerne der äußeren Körnerschicht und ein Schaden oder Verlust der Photorezeptoren als Begleitreaktion, während die Anteile der inneren Netzhaut weitgehend unbeeinträchtigt waren.

Husain et al (1996) verwendeten BPD-MA in einer Dosis von 0,375 mg/kg mit einer Infusionszeit von 10 min (schnelle Infusionszeit) sowie 32 min (langsame Infusionszeit). Die Beleuchtung erfolgte 32 bis 105 min nach Beginn der Infusion mit einer Lichtdosis von 150 J/cm2 bei einer Leuchtdichte von 600 mW/cm2. Fluoreszein-an- giographisch konnte die Okklusion der CNV 24 Stunden nach der PDT beobachtet werden, wenn die Beleuchtung 32 min (schnelle Infusionszeit) bzw. 32 bis 55 min (langsame Infusionszeit) nach Beginn der Infusion erfolgte. Histologisch wies auch die Choriokapillaris unter der CNV Verschlüsse auf, war aber anhand histopathologischer Untersuchungen vier Wochen nach der PDT wieder rekanalisiert. Die neurosensorische Retina war vereinzelt durch eine Separierung der Photorezeptoraußensegmente, eine Schwellung der äußeren plexiformen Schicht und pyknotische Zellen in der äußeren Körnerschicht gekennzeichnet Die Untersuchung der photodynamischen Wirkung auf die gesunde Retina und Choriokapillaris zeigten Veränderungen im RPE, der Choriokapillaris sowie den Photorezeptoren in allen behandelten Augen. Die neuro-

4.2 · Verteporfin

sensorische Retina wies in bis zu 40% eine Pyknose der äußeren Körnerschicht infolge der Beleuchtung 30 bis 40 min nach Beginn der Infusion (schnelle Infusionsrate) auf. Eine Beeinträchtigung der Choriokapillaris, des retinalen Pigmentepithels und der Photorezeptoren sowie in 20% pyknotische Zellveränderungen der äußeren Körnerschicht wurden auch bei einer langsamen Infusionsrate und einer Beleuchtung 65 min nach der Infusion beobachtet. Hierbei blieben größere Aderhautgefäße intakt und wiesen keine photodynamischen Effekte auf.

Kramer et al (1996) führten dosimetrische Untersuchungen durch, um optimale Behandlungsparameter für einen effektiven, selektiven Verschluss einer experimentell im Tiermodell am Affen induzierten CNV zu finden. BPD-MA wurde in einer Dosis von 0,25, 0,375, 0,5 und 1,0 mg/kg bei konstanten Beleuchtungsparametern (150 J/ cm2 mit 600 mW/cm2) verwendet. Je niedriger die Dosis gewählt wurde, umso kürzer war das Zeitfenster nach der Injektion, in welchem ein Verschluss der CNV erreicht werden konnte. Die Untersuchungen ergaben optimale Behandlungsergebnisse mit einer Dosis von 0,375 mg/kg, welche etwa der im klinischen Alltag verwendeten Dosis von 6,0 mg/m2 Körperoberfläche entspricht, und einer Beleuchtung 20 bis 50 min nach Beginn der Infusion. 85% der CNV konnten hiermit verschlossen werden. Jedoch wurden bei allen verwendeten Dosierungen auch Effekte im RPE, den Photorezeptoraußensegmenten und der äußeren Körnerschicht beobachtet. Eine Beeinträchtigung der größeren choroidalen und retinalen Gefäße oder eine signifikante Zellpyknose in der äußeren Körnerschicht waren bei Verwendung einer Dosis von 1,0 sowie 0,5 und 0,375 mg/kg zu erkennen, wenn innerhalb von 50 bzw. 20 und 10 min nach einer Bolus-Injektion eine Behandlung durchgeführt wurde. Daraus folgt, dass die Selektivität der PDT mit BPD-MA zur Behandlung von CNV vermindert ist, wenn die Zeit zwischen der Beleuchtung und dem Beginn der Infusion relativ kurz gehalten wird.

Effekte in den retinalen und größeren choroidalen

Gefäßen wurden beobachtet, wenn die Beleuchtung innerhalb von 5 min nach der Bolus-Injektion durchgeführt wurde, vermutlich weil der Photosensibilisator in den choroidalen und retinalen Gefäßen in gleicher Konzentration vorlag wie in der CNV.

Die photodynamischen Effekte mit BPD-MA (0,375 mg/kg, Beleuchtung 100 J/cm2 mit 600 mW/cm2) an experimentell induzierten CNV wurden noch nach vier und sieben Wochen beobachtet: Vier Wochen nach PDT waren 71% der CNV verschlossen, während sich sieben Wochen nach PDT die akuten Effekte auf das RPE, die Choriokapillaris

und die Photorezeptoren histologisch weniger ausgeprägt zeigten und die neurosensorische Retina keine photodynamischen Nebeneffekte mehr aufwies. Diese Effekte auf die CNV und die gesunden Strukturen wurden nach einer Bolus-Injektion sowie einer Infusion über 10 und 32 min beobachtet. Die Wirkung wiederholter Behandlungen an Affen im Abstand von zwei Wochen wurde unter Verwendung einer variablen Dosis von BPD-MA (6, 12, 18 mg/m2 Körperoberfläche) und einer Lichtdosis von 100 J/m2 mit 600 mW/cm2 20 min nach der Bolus-Injektion untersucht. Lediglich geringe Beeinträchtigungen an der gesunden Retina und der Aderhaut zeigten sich bei einer Dosis von 0,47 mg/kg (entspricht 6 mg/m2 Körperoberfläche beim Menschen), während höhere Dosierungen von BPD-MA ein erhöhtes Risiko für eine signifikante Schädigung gesunder Strukturen mit sich brachte.

!Cave!

Eine höhere Dosis als 0,47 mg/kg BPD-MA ergeben ein erhöhtes Risiko für eine signifikante Schädigung gesunder Strukturen.

4.2.3Effekte der PDT auf gesundes (humanes) Gewebe

Ausgehend von den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen wurden in einer Phase-I/II-Studie als »proof of principle« bei Patienten mit einer CNV in Folge einer altersabhängigen Makuladegeneration, einer pathologischen Myopie, »angioid streaks« und eines POHS Untersuchungen zur Wirksamkeit der PDT durchgeführt.

Eine Woche nach erfolgter PDT zeigte sich Fluoreszein angiographisch eine komplette Okklusion der CNV, nach vier Wochen fand sich eine minimale erneute Leckage. 12 Wochen nach PDT war eine deutliche Leckage Fluoreszein angiographisch bei einer Mehrzahl der Patienten wieder nachzuweisen, jedoch zum Teil schwächer ausgeprägt, wenn die Beleuchtung 15 bis 20 min nach Beginn der Infusion durchgeführt wurde. Dennoch konnte bei einigen Patienten eine Größenzunahme der CNV beobachtet werden, vor allem dann, wenn die Beleuchtung 30 min nach Beginn der Infusion durchgeführt wurde. Aus diesem Grund wurde das Intervall zwischen Beginn der Infusion und der Beleuchtung verkürzt.

Wiederholte Behandlungen zeigten keine signifikanten Auswirkungen auf die Sehfunktion. Signifikante Effekte der PDT auf die CNV wurden bei Verwendung einer Lichtdosis von minimal 25 J/cm2 bis maximal 150 J/ cm2 beobachtet. Als optimale Parameter zur Behandlung von CNV haben sich die intravenöse Gabe von 6 mg/m2 Körperfläche Verteporfin als Infusion über einen Zeitraum von 10 min gezeigt, das 15 min nach Beginn der

Infusion mit einer Lichtdosis von 50 J/cm2 über 83 s bei einer Lichtintensität von 600 mW/cm2 aktiviert wird.

Die Effekte der PDT auf vaskuläre Läsionen im zeitlichen Verlauf sind in Tab. 4.2 dargestellt und im Wesentlichen bei CNV und vaskulären Tumoren ähnlich: Innerhalb der ersten Stunden nach erfolgter PDT wird das vaskuläre Endothel geschädigt mit der Folge eines Zusammenbruchs der »tight junctions« und einer zunehmenden

tende Fragmentierung des Thrombus und eine erneute Endothelauskleidung dürften die Rekanalisation der okkludierten Gefäße mit einleiten. Im Zentrum der CNV blieben die Gefäße unverändert, was als Erklärung für die Reperfusion nach der Okklusion interpretiert wurde.

Die Effekte der PDT innerhalb der ersten Woche nach Behandlung waren nicht auf die CNV begrenzt: Die nach der PDT Fluoreszein-angiographisch sichtbare Hypofluo-

Innerhalb der ersten Tage nach PDT entwickelt sich eine Photothrombose mit Okklusion der CNV und partiell des benachbarten choroidalen Gewebes. Im Verlauf der nächsten Wochen kommt es zu einer Rekanalisation und Reproliferation der CNV infolge reparativer Mechanismen, die teils durch eine vermehrte Ausschüttung von Angionesefaktoren (VEGF und PEDF) nach der PDT induziert werden. Diese Reaktionen stellen sich als erneutes Auftreten einer Leckage in der Fluoreszeinangiographie dar und erfordern eine Wiederbehandlung der Läsion. Ein Umbau mit einer Involution der CNV bzw. der Tumore lässt sich in der Regel bei den meisten Patienten mit einer zunehmenden Anzahl von Wiederbehandlung erreichen.

Elektronenmikroskopische und histologische Untersuchungen zeigten vier Wochen nach der Behandlung einer CNV mit PDT Zeichen einer Endothelzelldegeneration, einer Thrombozytenaggregation und Thrombose der peripheren Gefäße der CNV. Einige Gefäße zeigten eine Kernschwellung mit Verklumpung des Chromatins und Vakuolisierung des Zytoplasmas der Endothelzellen, während an anderen Gefäßen ein vermindertes Zytoplasma mit unförmigen Zellen nachzuweisen war. Letzteres wurde als Unterbrechung des Endothels nach vorangegangener Veränderung interpretiert. Erythrozyten in mit degenerierten Endothelzellen und Perizyten ausgefüllten Gefäßen sowie Makrophagen im Bereich der okkludierten Gefäße und der Basalmembran wurden als Zeichen eines Gefäßumbaus verstanden. Eine teils zu beobach-

lungsstrahls und dürfte teilweise auch zur CNV benachbarte gesunde Strukturen der Aderhaut mit einbeziehen ( Abb. 4.5). Als Korrelat dieser dokumentierten Hypofluoreszenz im Bereich gesunden Aderhautgewebes zeigte sich histopathologisch eine vorübergehende Perfusionsbeeinträchtigung der Aderhaut in dem behandelten Areal.

Abb. 4.5 Fluoreszeinangiographisch sichtbare Effekte der PDT eine Woche nach erfolgter PDT-Behandlung in Form einer Hypofluoreszenz, welche mit der Größe des mit dem Diodenlaser gewählten Beleuchtungsareals korreliert und zumindest zum Teil nicht direkt von der Läsion betroffene Anteile des Fundus mit einbezieht. (Aus Jurklies B u. Bornfeld N 2007)