《Photodiagnosis and Photodynamic Therapy》：Unintended Brain Surface Photodynamic Toxicity Induced by Surgical Microscope Illumination During Talaporfin Sodium Photodynamic Therapy: Mechanism and Prevention by Cortical Shielding
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背景：Talaporfin sodium（TS）是一种由植物叶绿素合成的第二代光敏剂（二氢卟吩衍生物：NPe6）。与卟吩姆钠等第一代光敏剂相比，TS可实现快速且高度的肿瘤内蓄积，并具有更短的消除半衰期，从而减少光敏性等不良事件；此外，其通过使用更长的激发波长提
背景：Talaporfin sodium（TS）是一种由植物叶绿素合成的第二代光敏剂（二氢卟吩衍生物：NPe6）。与卟吩姆钠等第一代光敏剂相比，TS可实现快速且高度的肿瘤内蓄积，并具有更短的消除半衰期，从而减少光敏性等不良事件；此外，其通过使用更长的激发波长提高了组织穿透深度。在日本，TS介导的光动力疗法（PDT）已相继获批用于早期肺癌（2003年）、原发性恶性脑肿瘤（2013年）及放化疗后局部复发性食管癌（2015年）。早期术后磁共振成像（MRI）上弥散加权成像（DWI）的短暂高信号常出现于PDT激光照射部位，反映治疗有效性。然而，在部分TS-PDT病例中，DWI高信号亦可见于预期PD激光照射部位以外的脑表面（BS）。迄今尚无研究探讨此现象，其发生率、潜在机制、临床意义及最佳管理策略仍不明确。研究机构实施了术中大脑皮质保护作为减轻BS DWI高信号的临床策略。因此，本研究旨在基于该临床经验，对TS-PDT后发生的BS DWI高信号进行回顾性比较分析。研究结果显示，BS DWI高信号可导致不可逆改变，且术中BS保护可显著减小BS DWI高信号的体积。
研究背景与问题
Talaporfin sodium（TS）为植物叶绿素合成的第二代光敏剂（二氢卟吩衍生物NPe6），相较卟吩姆钠等第一代光敏剂具有肿瘤内蓄积快、消除半衰期短、光敏性不良事件少及激发波长更长带来的组织穿透更深等优势。日本已先后批准TS介导的光动力疗法（PDT）用于早期肺癌（2003年）、原发性恶性脑肿瘤（2013年）和放化疗后局部复发性食管癌（2015年）。既往认识中，术后早期磁共振成像（MRI）弥散加权成像（DWI）于PDT激光照射部位出现的短暂高信号被视为治疗有效的反映；但在部分TS-PDT病例中，DWI高信号亦出现于预期照射区以外的脑表面（BS），此前无研究涉及该现象，其发生率、机制、临床意义与处理策略均不明确。研究机构遂将术中大脑皮质保护作为减轻BS DWI高信号的临床策略，并据此开展回顾性比较分析。
研究设计与结论
研究人员在筑波大学医院开展回顾性、历史对照队列研究，纳入2019年1月至2026年6月接受手术切除联合TS-PDT的幕上原发性恶性脑肿瘤连续患者，按是否行术中BS保护分为BS保护(?)组与BS保护(+)组。结论为：BS DWI高信号在TS-PDT后约90%病例中出现，多可于数月内自行消退，但约20%进展为不可逆皮质损伤；术中BS保护可显著减小DWI高信号体积并预防永久性皮质损害，完整脑表面屏蔽应视为TS-PDT的标准安全措施。
关键技术方法
采用单中心回顾性历史对照队列设计，样本来源于筑波大学医院神经外科连续手术病例（BS保护(?)组47例、BS保护(+)组17例，共64例）。TS按40 mg/m2于术前22～26小时静脉给药；术中在白色显微镜照明下以无菌铝箔夹于手术铺巾胶带之间覆盖骨窗行脑表面屏蔽；PDT采用664 nm半导体二极管激光，功率密度150 mW/cm2、总光剂量27 J/cm2；术后以1.5～3.0 T MRI的DWI（b值0与1000 s/mm2）评估，由两名研究者借助手术计划软件手动勾画感兴趣区（ROI）行体积测量，并以组内相关系数（ICC）评价观察者间信度；随访评估延迟性皮质T1高信号，由神经放射科医师盲法判定。统计学采用Mann–Whitney U检验、Fisher精确检验，分析软件为EZR 1.70。
研究结果
3.1 患者背景：共64例手术切除联合TS-PDT，BS保护(?)组47例、BS保护(+)组17例。两组基线除新诊断病例比例（p=0.016）、5-ALA联合使用（p=0.001）及MRI磁场强度（p=0.019）外无显著差异；上述差异反映机构政策的历史变迁，即既往限制新诊断病例行PDT及2022年前日本禁止TS与5-ALA联用，故BS保护(+)组新诊断与5-ALA联用比例更高。
3.2 TS-PDT后BS DWI高信号：初次术后MRI显示56/64例（87.5%）存在DWI高信号，表现为骨窗内沿大脑皮质分布的薄层高信号并伴弥散受限；体积测量观察者间信度为中等至良好（ICC=0.745，95%CI 0.618～0.846）。总体中位体积0.89 cm3（IQR 0.27～2.09 cm3），BS保护(+)组0.32 cm3（IQR 0.07～0.65 cm3）显著小于BS保护(?)组1.15 cm3（IQR 0.57～2.23 cm3；p=0.002）。
3.3 BS DWI高信号的随访影像学表现：排除8例无BS DWI高信号及3例无本院随访影像者后，53例纳入随访评估。51/53例（96.2%）于3个月内消退，但12/53例（22.6%）出现延迟性皮质T1高信号，提示部分高信号皮质区发生不可逆组织损伤。其影像特征为：局限于骨窗内且位于原DWI高信号区；T1WI上呈薄而清晰的皮质内高信号；于脑沟处信号不连续，提示显微镜光未垂直照射区域。该征象多于PDT后数周出现，约6个月至1年内变淡，T2WI信号强度因病例而异。全部进展为延迟性皮质T1高信号的病例初始BS DWI高信号体积均超过1.0 cm3（范围1.49～6.89 cm3）；该征象在BS保护(?)组发生12例（25.5%），BS保护(+)组完全未见（0%；p=0.026），提示术中脑表面保护可有效预防PDT后BS不可逆改变。
3.4 敏感性分析：为减少长期适应证、诊断标准、治疗流程及围手术期管理变迁所致的时间混杂，研究人员仅纳入临近转变期的病例（BS保护(?)组后半期24例与BS保护(+)组全部17例，共41例）行敏感性分析，数据限于2023年6月起三年内病例，组间基线失衡明显减弱；但BS保护(?)组DWI高信号体积仍显著更大（1.69 cm3［IQR 0.65～2.63 cm3］对0.32 cm3［IQR 0.07～0.65 cm3］；p=0.003），延迟性皮质T1高信号亦显著更常见（33.3%对0%；p=0.013），验证了主分析的稳健性。
讨论与结论
讨论指出，PD激光直接照射部位的DWI高信号既往已有报道，反映组织对直接PDT效应的反应，而本研究首次记录PDT后更广泛脑表面区域的DWI高信号。有效PDT需在含充足氧与光敏剂的区域具备足够激发光。TS潜在蓄积部位包括浸润脑表面的肿瘤组织、脑表面正常组织、间质间隙及脑表面血管内。就肿瘤组织而言，术前MRI与术中所见未证实脑表面及其周围存在肿瘤，恶性胶质瘤自脑表面复发亦属罕见，且脑膜瘤病例同样出现BS DWI高信号，故该情形可能性低。就正常脑组织而言，大鼠血-正常脑组织TS比值约45倍、肿瘤-正常组织比值约23倍，人体组织样本显示肿瘤中心与正常脑组织TS浓度最大相差16倍（被认为系血管内血液成分来源的TS所致）；TS的光动力诊断（PDD）研究显示其亦蓄积于血管内皮细胞，但蓄积程度数据不足；故TS虽具强肿瘤选择性，仍不能排除其在正常组织中极少量蓄积的可能。就间质间隙而言，TS（分子量约800）给药后迅速与血清白蛋白强结合，正常脑血管的血脑屏障（BBB）由内皮细胞紧密连接与星形胶质细胞足突构成，可阻止该大分子白蛋白结合复合物漏出，故无血管外迁移，正常脑组织间质内TS蓄积可视为近乎可忽略。就血管内而言，TS血浆消除半衰期长（134～138小时），提示术中血管内TS丰富；大脑皮质毛细血管网丰富，为全部六层神经元供血，故脑表面血管内TS对局部光动力活性的贡献很可能远大于组织蓄积，且各情形下局部氧合 presumed 充分维持。关于激发光，PD激光照射的散射光可能有所影响，但研究人员提出另一种机制假设：所用Leica M530 OH6显微镜具高强度氙灯光源，提供广谱白光；机构显微镜测量（40%光强、40 cm焦距、垂直方向）证实其覆盖400～720 nm波长范围，在664 nm（TS-PDT主要激发波长）附近光谱辐照度为0.09 mW/cm2/nm；以平均显微手术时间约180分钟计，假设664±5 nm全部吸收，累积光剂量约9.72 J/cm2（0.09 mW/cm2/nm×10 nm×60 s×180 min）。既往人脑肿瘤研究证实低至9 J/cm2的光剂量即可诱导组织坏死，体外研究显示10 J/cm2可有效诱导TS介导的凋亡；鉴于同等总能量密度下，较弱但持久的激发光暴露比短暂强暴露诱导更强的PDT效应，数小时高强度显微镜白光暴露很可能在脑表面血管内TS处触发非预期的PDT活性，表现为DWI高信号。PDT抗肿瘤效应由直接细胞毒性、微血管破坏及局部免疫激活介导。研究人员推测BS DWI高信号主要源于微血管缺血性损伤：长时间显微镜照明激发脑表面附近毛细血管网内血管内TS，在血管腔内产生单线态氧等活性氧（ROS），直接损伤血管内皮细胞（VEC），导致内皮脱落、微血栓形成与微血管闭塞，由此产生的细胞毒性水肿限制水弥散，在DWI上形成高信号；急性DWI高信号并不总意味永久性梗死，但严重三磷酸腺苷（ATP）耗竭与细胞膜崩解最终驱动向不可逆细胞死亡进展。本组以延迟性皮质T1高信号作为不可逆损伤的影像标志，于亚急性至慢性期沿皮质呈线状T1高信号，其T1缩短反映坏死组织大分子水化，并伴巨噬细胞浸润与顺磁性离子蓄积。该延迟性皮质T1高信号不符合其他已知病理的典型模式：与动脉性缺血不同，本组DWI高信号严格限于皮质而未延伸至邻近皮质下白质；与静脉性缺血不同，硬脑膜静脉窦与皮质静脉未见异常；与脑挫伤不同，受累部位与直接手术操作区不对应。此外，延迟性皮质T1高信号病变呈独特模式——严格局限于骨窗内、薄而广泛分布、选择性累及脑回顶部而避开脑沟、并被术中屏蔽显著减轻，此特征组合不符合任何常规神经影像实体，提示其为TS-PDT的特异性影像表现。由可逆性缺血功能障碍向不可逆坏死的转变，是由缺血严重程度与持续时间决定的连续过程。值得注意的是，本队列中全部进展为延迟性皮质T1高信号的病例初始DWI高信号体积均＞1.0 cm3，此体积依赖性提示较大病灶超出侧支微循环对局部缺血的代偿能力；因此通过严格的术中表面屏蔽最小化BS DWI高信号体积，对预防永久性组织损伤至关重要。局限性包括：单中心回顾性研究、样本量相对较小；组间时间差异可能引入手术技术随时间精进等混杂，但限于转变期的敏感性分析证实结论稳健；仅基于轴位图像评估DWI高信号可能低估沿皮质脑回切向延伸病变的体积；DWI体积测量为开放标签，但观察者间一致性良好且组间差异高度显著；术后MRI时机未标准化，DWI高信号的精确出现与消退动力学尚未明确；研究主要聚焦神经影像学结局，未系统评估详细神经功能缺损，难以将延迟性皮质T1高信号直接所致症状与手术创伤或疾病进展所致症状区分，无法确定其功能影响；微血管缺血虽生物学上合理，但受伦理限制无法从非肿瘤大脑皮质获得直接组织学证实。
结论：本研究首次记录TS-PDT后脑表面DWI高信号。该现象可能源于长时间显微镜白光对大脑皮质微血管内血管内TS的激活。约90%的TS-PDT病例可见BS DWI高信号，通常于数月内自行消退，但约20%患者进展为不可逆皮质损伤。实施术中大脑表面保护可显著减小DWI高信号体积并预防永久性皮质损伤。完整脑表面屏蔽应被视为TS-PDT期间的标准安全措施。
