数学建模辅助研究金丝桃素光动力学治疗鲜红斑痣

光动力学治疗鲜红斑痣的关键是理想光敏剂、光动力学治疗参数的选择。前期研究发现：595nm激光被血红蛋白选择性吸收，且能激发金丝桃素发出荧光；同时，借助电穿孔可增加金丝桃素在真皮血管的浓度，用碳酸氢钠洗脱表皮药物，避免了药物残留所致表皮灼伤，因此，金丝桃素透皮给药，结合光动力学治疗鲜红斑痣，可有效避免全身光毒性。但光动力学治疗鲜红斑痣影响因素较多，治疗参数选择为一大难点，为进一步明确其治疗参数，本课题拟采用数学建模：①对金丝桃素激发光波在组织中的光学参数进行数值模拟和预测；②对金丝桃素在组织中的分布代谢过程进行模拟及仿真，确定金丝桃素的分布规律、最佳治疗浓度和时间点；③对治疗后鲜红斑痣模型鸡冠中细胞凋亡和毛细血管的变化进行数值模拟和仿真，确定最佳光治疗时间长度，并研究其对鸡冠内皮细胞线粒体的影响；同时，研究金丝桃素结合光动力学导致鲜红斑痣血管内皮细胞凋亡的机制，为其临床应用提供科学依据。

鲜红斑痣（Port wine Stains, PWS）是一种不易自然消退的先天性真皮浅层毛细血管畸形，此疾病发病率高，有10%的人伴有多种并发症，严重影响患者身心健康。目前其有效、安全的治疗手段为光动力疗法，但其相关药物较少。因此，本项目开发一种新型光敏剂—金丝桃素，将其开发成有效、安全的皮肤给药凝胶制剂，用于治疗鲜红斑痣。本项目在制备金丝桃素凝胶方面，采用正交实验设计方法，确定金丝桃素乙醇回流提取的最佳工艺为：乙醇浓度60%，乙醇倍数30倍，提取温度80℃，回流次数3次；采用硅胶柱层析法，对金丝桃素进一步分离纯化；选用卡波姆-940作为凝胶基质，薄荷脑作为透皮吸收促进剂，制成了金丝桃素凝胶。在药效学研究方面，首先以鲜红斑痣鸡冠为模型，观察其在HY静脉注射给药并525 nm激光照射后，其外观、病理、细胞核及线粒体的变化，研究其对鲜红斑痣的疗效。外观结果显示HY给药后对鸡冠表皮造成明显水肿、结痂、坏死，HE组织学观察显示HY给药后鸡冠真皮毛细血管数减少，其减少率与正常对照组及激光对照组相比具有显著性差异 (P < 0.01)，且皮肤上皮组织的细胞核及线粒体出现损伤，这也证明了HY-PDT能对鲜红斑痣模型鸡冠起到明显损伤作用，且可能是通过损伤皮肤上皮组织的细胞核及线粒体达到的。在在体透皮研究方面，以正常裸鼠为试验动物，观察其背部皮肤在HY-PDT后的变化，结果显示光照后形成皮肤水肿，结痂脱落，最终长出新生皮肤，且对皮肤深部组织损伤不大，这也可以推断，金丝桃素凝胶能作为一种皮肤外用光敏凝胶，透过皮肤治疗鲜红斑痣，且不影响皮肤外观。在离体透皮研究方面，运用Franz扩散池，考察了动物皮肤、接收液、促透剂和促透剂浓度4个因素对金丝桃素经皮渗透特性的影响。结果显示，金丝桃素体外试验的最佳条件为：接收液为50%乙醇，试验皮肤为豚鼠腹部皮肤，促透剂为5%薄荷脑。在作用机制研究方面，研究HY-PDT对血管内皮细胞的作用，结果表明光照后细胞通透性增加，氧化加强，释放大量表达细胞色素C，使细胞进入了凋亡程序。综上所述，金丝桃素为一种优良的光敏剂，本项目研究为将其制作成皮肤局部给药的透皮凝胶制剂治疗鲜红斑痣提供了理论支持。本课题已按计划完成全部内容，已发表中文文章4篇，培养研究生2名，专利1项。