Gambaran Umum Photodynamics Therapy (PDT) : Sebuah pengantar dalam dunia Fisika Medis

Photodynamic Therapy (PDT) adalah terapi penyembuhan (kanker, tumor, ataupun penuaan kulit) dengan menggunakan obat yang teraktivasi oleh cahaya (Photosensitizer). Langkah pertama yang dilakukan adalah memasukkan photosensitiser ke dalam tubuh, baik secara lokal maupun sistemik sehingga photosensitizer tersebut tepat berada pada sel kanker yang akan dimusnahkan. Setelah jeda beberapa waktu (mulai dari menit hingga beberapa hari) sesuai dengan biodistribusi optimum, langkah selanjutnya yang dilakukan adalah menyinari bagian tubuh yang diterapi dengan menggunakan sebuah sumber cahaya (cahaya bisa berupa cahaya tampak, laser, maupun inframerah, yang sesuai dengan panjang gelombang yang tepat yang dapat mengaktivasi photosensitizer). Photosensitizer akan menyerap energi cahaya, kemudian akan terjadi proses fotokimia.

Proses fotokimia dimulai sesaat setelah photosensitizer mengarbsorbsi cahaya. Keadaan dasar photosensitizer () akan naik pada keadaan tereksitasi (). Elektron Photosensitizer yang berada pada keadaan tereksitasi ini secara alami akan kembali menuju keadaan dasarnya dengan cara emisi fluoresensi maupun dengan “Intersystem crossing” menuju keadaan triplet (). Proses dari keadaan triplet menuju keadaan dasar sepenuhnya merupakan proses mekanika kuantum yang terjadi dalam selang waktu kira-kira mikrodetik. Proses ini disertai dengan pertukaran energi dengan keadaan dasar molekul oksigen () yang akhirnya akan menghasilkan oksigen keadaan singlet (). bersifat sangat reaktif, molekul inilah yang akan menghancurkan sel kanker yang terjadi dalam proses biologi baik secara apoptosis maupun nekrosis.

Gambar: Mekanisme Photodynamic Therapy (PDT) di dalam tubuh manusia yang meliputi proses fotofisika, fotokima, dan juga efek biologis yaitu pembunuhan sel kanker (tumor).

Studi mengenai mekanisme perambatan cahaya, dimulai dari cahaya yang dihasilkan oleh alat terapi, kemudian merambat pada jaringan tubuh manusia, hingga sampai pada photosensitizer menjadi sesuatu yang sangat penting. Apabila mekanisme ini dapat dijelaskan secara sistematis berdasarkan metode ilmiah, kita dapat menentukan perambatan cahaya yang baik, sehingga cahaya dapat sampai pada photosensitizer secara optimum dengan kehilangan energi yang minimum, mendapatkan efek fotokimia secara optimum, yang akhirnya akan mendapatkan efek bilogis dengan penghancuran sel kanker juga secara optimum pula. Selain itu, kita dapat menentukan penggunaan jenis cahaya yang sesuai, “set up” alat yang baik, sehingga PDT dapat dilakukan dengan hasil yang optimal.

Penelitian yang telah banyak dilakukan adalah berdasarkan eksperimen, sehingga hasil yang diperoleh adalah data-data empiris, yang belum tentu sesuai pada lingkungan laboratorium yang berbeda. Perlakukan “trial and error” ini sangatlah tidak efisien karena tidak memiliki model yang baku, sehingga untuk kasus penyakit kanker yang berbeda pasti ada perlakukan yang berbeda pula, bahkan mungkin dua orang yang memiliki penyakit yang sama akan diberi perlakuan yang berbeda. Oleh karena itu, model mekanisme perambatan cahaya haruslah dibuat.

Model matematis yang sudah ada dalam menjelaskan mekanisme tersebut adalah “Radiation Transport Equation” (RTE) yang berdasarkan pada koefisien interaksi dan sifat-sifat optis jaringan yang terdapat kanker. Namun karena sifat-sifat optis dari jaringan sangat sulit untuk ditentukan secara pasti, walaupun dalam beberapa referensi sudah memberikan data-data tersebut, tetapi karena keakuratan data yang tidak dapat dijamin, sehingga penyelesaian RTE menjadi sulit untuk dilakukan.

Metode lainnya dalam menyelesaikan permasalahan ini adalah dengan menggunakan model monte carlo yang dilakukan dengan simulasi komputer. Metode monte carlo secara luas digunakan dalam dosimetri radiasi ionisasi, metode ini menggunakan sejumah foton yang berinteraksi dengan jaringan yang hasinya di-skor-kan ke dalam masing-masing elemen volume (dalam metode ini, cahaya dianggap sebagai paket-paket cahaya yang dinamakan dengan foton) dan keakuratan dari estimasi monte carlo tergantung dari jumlah foton yang digunakan untuk simulasi. Semakin banyak jumlah foton yang digunakan maka semakin akurat pula hasilnya, namun penggunaan foton yang sangat banyak akan berimbas pada konsumsi waktu yanng banyak dan juga perangkat komputer yang canggih.  Metode ini sangat berguna untuk menghasilkan solusi eksak yang dapat digunakan untuk memeriksa keakuratan dari perhitungan RTE.

Metode alternatif lainnya adalah dengan menyelesaikan RTE itu sendiri secara numerik. Dalam metode koordinat diskret, variabel arah dan posisinya dibuat diskret dan sistem persamaan dibangkitkan dari RTE yang kemudian diselesaikan secara numerik untuk mengestimasi tingkat radiasi dan fluensi.

Dengan harapan bahwa mekanisme perambatan cahaya di dalam jaringan tubuh dapat dibuatkan modelnya secara baku, yang akhirnya penggunaan jenis cahaya, “set up” alat terapi, dosis, dan hal-hal lain yang diperlukan dalam PDT dapat ditentukan secara pasti. Sehingga PDT dapat dilakukan secara optimal dan efisien