4 Dermatología Venezolana. Vol. 42, Nº 4, 2004.

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IntroducciónDentro del ámbito de los métodos terapéuticos usados

por la medicina moderna se encuentra uno de gran interéspara el contexto de la fotoquímica, este es el método de lafototerapia. La fototerapia consiste básicamente en el usode luz en las longitudes de onda adecuadas, dependiendodel efecto terapéutico deseado, en el tratamiento o terapiade algunos grupos muy específicos de patologías, pero quea su vez son muy comunes en su ocurrencia.

En la actualidad nosotros encontramos dos ensayosimportantes en el tratamiento de patologías con la par-ticipación de la luz. El primero es la fototerapia clásicaque sólo está basado en la interacción entre la luz deuna fuente específica (los equipos de fototerapia, las lám-paras de irradiación, etc.) y el tejido afectado, o bien des-de un punto de vista microscópico, la alteración de lascaracterísticas bioquímicas de las moléculas del cuerpoo de las células patógenas y en consecuencia se produ-ce una mejora terapéutica. El segundo, es conocido comola fototerapia dinámica y se basa en una interacción pre-via de la luz con moléculas fotosensibles administradasal paciente. Estas moléculas actúan como fotosensibiliza-dores en el tejido humano, o en términos sencillos comointermediarias entre la luz y un tejido específico. Así, no-sotros podemos definir que la fototerapia dinámica esuna modalidad de fototerapia que emplea drogas o mo-léculas xenobióticas activadas por la luz. En el curso deesta revisión es nuestro objetivo discutir los principiosbásicos de la terapia y sus aplicaciones haciendo énfasisen las ventajas del segundo método.

Las aplicaciones clínicas de fototerapia.Franklin Vargas, Carlos Rivas.

Laboratorio de Fotoquímica, Centro de Química, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas I.V.I.C.,Apartado 21827, Caracas 1020-A, Venezuela. Email: fvargas@ivic.ve

ResumenEsta revisión está fundamentalmente enfocada a los conceptos básicos de fototerapia y sus aplicaciones clínicas.

Ha sido dividida en dos aspectos importantes: la fototerapia clásica y la terapia fotodinámica. Aquí se describen susaplicaciones importantes relacionadas al tratamiento de enfermedades de la piel, sus ventajas así como también susdesventajas.

AbstractThis revision is fundamentally focussed on the basic concepts of phototherapy and its clinical applications. It has

been divided into two important aspects: classical phototherapy and photodynamic therapy. Here we describe itsimportant applications related to the treatment of skin diseases, including advantages as well as disadvantages.

Fototerapia clásica1-3

La radiación de UV se ha usado por décadas, con variacionesde frecuencia, lográndose un gran éxito principalmente en eltratamiento de las enfermedades superficiales y volviéndose enuna parte importante de la terapia en la dermatología moder-na. En la fototerapia clásica los dispositivos usados están en losrangos de las longitudes de onda de 290-315 (UVB) y 315-400nm (UVA), en contraste con lo que hacía algunas décadas cuan-do se usaron bandas mas anchas, menos selectivas que casicorrespondieron a la totalidad del espectro de UV. Este tipo deterapia fue reemplazado rápidamente cuando los médicosempezaron a notar que los efectos adversos se presentaban enforma más común que los beneficiosos. En la actualidad poresa razón estos dispositivos son dotados de sistemas que per-miten la selección más cuidadosa de longitudes de onda parala irradiación.

La Sociedad europea de Fotodermatología es quizás unade las entidades con más experiencia en investigación eneste campo. Dos de las modalidades terapéuticas principa-les tienen su origen en esta organización. El primero consis-te en el uso fototerapéutico de UVB, longitud de onda 311nm, en la preferencia al uso del espectro completo de ban-das en el UVB. El segundo (UVA-1) usa el UVA selectivamenteen los rangos de longitud de onda sobre 340 nm; lograndoestas dos modalidades los niveles más seguros de radiaciónpara el paciente. El uso de UVA-1 ha permitido a los derma-tólogos tratar enfermedades que previamente habían mos-trado mejoras muy pequeñas con la quimioterapia o con eluso del espectro de UV completo como en el caso de lasenfermedades de tejido conectivo.

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El ejemplo clásico,las enfermedades de la piel4

Una enfermedad típica de la piel que muestra una respues-ta favorable al tratamiento con UVB es la Psoriasis. Esta derma-titis inflamatoria se caracteriza por un hiperproliferación dequeratinocitos. Inicialmente se consideraba que la terapia deUVB funcionaba induciendo un efecto antiproliferativo comoresultado de un daño selectivo al ADN. El número de enferme-dades que responden favorablemente a UVB y las terapias deUVA-1 están aumentando. No se quiere generalizar que todaslas enfermedades superficiales respondan bien a estas terapiasmediante los procesos anti-hiperproliferativos, sin embargo, esposible también que procesos de naturaleza inmunológicapuedan responder favorablemente a estas terapias.

La capacidad que tiene la radiación UV de afectar el siste-ma inmunológico se ha demostrado en los últimos años. Ge-neralmente se considera que UVB y radiaciones de UVA-1inducen efectos de inmunomodulación en la piel humana yde hecho este mecanismo hace realmente que la fototerapiaclásica siga siendo importante.

Debe notarse de que la mayoría de los efectos deinmunomodulación inducida por la fototerapia no es espe-cífica para cada modalidad de la terapia. Lo que sí es cierto,es que bajo condiciones in vitro, la radiación UVA y UVB pue-den tener efectos similares o idénticos a una inmunosupre-sión. Es de resaltar que estos efectos están estrechamenterelacionados a las propiedades físicas del tipo de radiaciónde UV usado. Por ejemplo la radiación UVB afectaqueratinocitos de la epidermis, principalmente a las célulasdel Langerhans (diferentes a las células Langerhans delpáncreas), este último bastante relacionado con la funcióndel sistema inmunológico de las células presentadoras deantígeno. Por otro lado, la radiación UVA puede penetrar alas capas profundas de la piel hasta los fibroblastos, célulasdendríticas de la piel, células endoteliales y células responsa-bles de la respuesta inflamatoria como son los T-linfocitos,células mástil y granulocitos.

Para explicar la aplicación de la radiación UVA y UVB enlas patologías dermatológicas nosotros podemos decir quelos métodos están principalmente basados en sus efectosde inmunomodulación y pueden ser clasificadas en tres im-portantes categorías:

1. La producción de mediadores solubles: podemos deciren forma resumida que la radiación UVA y UVB puedenproducir la liberación del citoquinas, neuropeptidos yprostanoides que actúan como mediadores solubles.

Nosotros mencionaremos dos ejemplos clásicos de este tipo:a. Dermatitis Atópica5.

La liberación, inducida por la luz, de una citoquina lla-mada interleuquina 10 (IL-10), suprime la producción delinterferón -γ (IFN -γ) de los linfocitos T; esta supresión esesencial para el éxito de la fototerapia en el tratamientode dermatitis atópica.

b. La inhibición del factor de necrosis tumoral -α (TNF-α).Las radiaciónes UVA y UVB estimulan la síntesis dederivados propio-melanocortin como hormonas es-timulantes de melanositos (MSH-α) que poseen efec-tos antinflamatorios e inmunosupresivos inhibiendolos factores de necrosis como el TNF-α. Es importan-te resaltar que la radiación UVA-1 es principalmenteresponsable de estos efectos, como la necrosis (lamuerte celular no natural) liberando contenidocitoplamástico, generando inflamación y respuestaautoinmune, su inhibición permite a su vez inhibirlos últimos efectos.

2. Modulación de la expresión de moléculas asociadas acélulas superficiales.La radiación UV puede modular la expresión y la fun-ción de moléculas de adherencia (por ejemplo ICAM-1),citoquinas y factores de crecimiento. La expresión deICAM-1 inducida tanto in vitro como in vivo enqueratinocitos humanos puede evitarse mediante laexposición a radiación UVA y UVB. La inhibición de esteproceso es la base del efecto antinflamatorio de la ra-diación de UV y es de importancia crítica en la efectivi-dad de la fototerapia de enfermedades inflamatorias dela piel (Psoriasis, dermatitis, etc.). Es de gran importanciaenfatizar el hecho de que los mecanismos de acción dela radiación UVA y UVB son diferentes. La radiación deUVA actúa principalmente a través de los mecanismosoxidantes (generación de oxígeno singlete) mientras laradiación de UVB lo hace formando dímeros de timinaprincipalmente en ácidos nucleicos.

3. Inducción de una muerte celular programada«apoptosis» en células patógenas6-8.Los estados patológicos como la dermatitis atópica soncaracterizados por una respuesta inmune de las célu-las T por la activación de células T-auxiliares debido alcontacto con un alergeno. Dentro de la población decélulas por ejemplo: monocitos, queratinocitos, etc., losmás sensibles a la radiación de UV son las células T quesufren apoptosis inducida por la radiación UV. Por estarazón el éxito de este mecanismo evidentemente escuando se logra disminuir el número de células T, infil-tradas en el sitio patológico, reduciéndose así la res-puesta inmune y la disminución de la inflamación.

De nuevo, es necesario poner énfasis en que los meca-nismos (mediante irradiación UVA y UVB) que causanapoptosis en las células T son diferentes. Es bien conoci-do que mientras UVA-1 causa una pronta apoptosis por laproducción de oxígeno singlete, que es proteína-depen-diente y también apoptosis tardía que requiere a su vezde síntesis de proteínas, en contraste a la radiación UVBque por sí misma es capaz de producir apoptosis. Por estarazón se acepta que la terapia con UVA-1 es más eficazque con UVB.

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Hay bastantes evidencias, de la efectividad de la fototerapiaUV, no sólo como un agente antiproliferativo, sino también porsus efectos inmunológicos. Por las razones mencionadas laradiación UVA se usa en preferencia a la UVB en el tratamientode desórdenes dermatológicos relacionados a la condicióninflamatoria o a la respuesta inmune de una manera general.Dentro de la gran cantidad de patologías que pueden tratar-se con UVA y UVB pueden mencionarse también las micósis,eccema y/o erupciones vesiculares, el vitíligo y el lupus erite-matoso. Cada uno de ellos sigue un mecanismo específico peroen general la aplicación más amplia de la fototerapia clásicaen los casos clínicos se enfoca hacia la dermatología9-12.

La Terapia Fotodinámica12-21

La Terapia Fotodinámica (PDT) es una modalidad terapéu-tica experimental que usa las drogas activadas por la radia-ción para el tratamiento de una amplia gama de patologías.Entre estas es importante mencionar algunos tipos de cáncerde la piel. Este tipo de terapia es utilizada en aproximadamen-te 40 ciudades de los Estados Unidos en su de fase clínica-IIIcon el propósito de evaluar la efectividad de este tratamientoen tumores en ubicaciones anatómicas diferentes. Los análisisde estos resultados probablemente serán ofertados prontopor la FDA, con bastante información para autorizar la aplica-ción general de la PDT en los Estados Unidos.

De una manera general la terapia fotodinámica involucrala absorción selectiva de un fotosensibilizador no tóxico porel tejido afectado, luego subsiguiente a la exposición de laradiación de luz de una longitud de onda específica alfotosensibilizador, comienza un proceso fotoquímico que lle-va a la destrucción preferencial de las células malignas comoun último resultado del proceso terapéutico.

La fototerapia dinámica remonta su origen a hace muchossiglos y puede ser tan remota en el tiempo como las culturasantiguas de Egipto, India y China. Sin saber la base científicade la terapia ellos usaban extractos que contienen las plantas,con alto contenido de psoraleno, en lesiones cutáneas queeran expuestas a la luz solar para entonces activar los quími-cos contenidas en ellas.

Ya en el siglo 20 fue cuando se emprendieron investiga-ciones serias en este campo. Dougherty después de muchosensayos descubrió que un derivado de la hematoporfirina(HPD) bajo la influencia de luz de longitudes de onda cerca-nas al infrarrojo, podrían destruir las células tumoralesselectivamente sin afectar los tejidos saludables. La fuentede iluminación usada por Dougherty era un láser (630 nm) ydesde aquel momento el progreso en este campo ha sidomuy notable.

Técnica y mecanismo de acciónde la Terapia FotodinámicaLa mayoría de los recientes tratamientos con PDT usa

el éter de la dihematoporfirina (DHE) el cual es un com-

ponente purificado de la hematoporfirina (HPD). La DHEse administra en inyecciones intra-venosas entre 48 a 72horas antes de la sesión de fototerapia. La droga no pre-senta toxicidad sistémica salvo casos de fotosensibilidad;otra característica de esta droga es que se elimina rápida-mente del tejido. Cumplido el requisito de 48 horas míni-mas después de la administración de la droga el tumor seirradia por medio de un láser del argón (610 nm) dirigien-do la luz exactamente hacia la mancha de la localizacióndel tumor mediante dispositivos flexibles de fibra óptica.De esta manera es incluso posible tratar los tumores en lavejiga urinaria. El post-tratamiento es muy delicado de-pendiendo de la región afectada, desde que las célulasmalignas se mueren por necrosis, normalmente se pro-duce una respuesta inmune inflamatoria. Por ejemplo, encaso de una irradiación en el esófago o en la laringe, debetomarse un cuidado extremo en el post-tratamiento paraevitar una obstrucción eventual de las vías respiratorias.

Se presume que el mecanismo general de PDT comien-za con la generación de oxígeno singlete citotóxico. En elprimer paso, la luz es absorbida por el fotosensibilizador,por ejemplo DHE, seguido por la promoción de un elec-trón a un nivel de energía alto con la subsiguiente forma-ción de un estado molecular excitado inestable de vidamuy corta, que rápidamente se convierte en una especiemás estable por cruce ínter sistema conduciendo éste alestado de triplete muy conocido en la fotoquímica. El es-tado de energía mas alto de la molécula original con suselectrones (impares) no-apareados, transfieren su energíarápidamente a la molécula de oxígeno en estado funda-mental formando así el oxígeno singlete en el citosol dela célula maligna. Una vez que la transferencia de energíaha tenido lugar el fotosensibilizador se revierte a su esta-do fundamental. Esta producción de alta concentracionesde oxígeno singlete produce una destrucción masiva deltejido maligno por necrosis.

Algunos ejemplos de fotosensibilizadoresusados en PDT (λ de absorción máxima):• Hematoporfirina (630 nm)• Fotoporfirina II (630 nm)• Benzoporfirina (685 nm)• meso-Tetra(3-hidroxifenil)porfirina (642 nm)• Bacterioclorina (785 nm)• Octaetilpurpurina (690 nm)• Zn-ftalocianina (675 nm)• Disulfonato de Zn-ftalocianina (680 nm)• Si-ftalocianina (782 nm)

La penetración de luz en el tejido es una función de laabsorción versus la dispersión de la radiación. El promediode penetración es de aproximadamente un centímetro perose ha observado que cuando la longitud de onda de luz se

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aumenta a 800 nm la penetración de la luz puede alcanzarhasta dos centímetros. Un fotosensibilizador normalmenteabsorbe en el rango de 600-800 nm. El descubrimiento denuevo fotosensibilizadores que sean estimulados a longitu-des de onda superior para lograr una penetración buena enel tejido es una de las metas propuestas por varios gruposde investigación en el campo del desarrollo de la TerapiaFotodinámica.

Pasos principales que involucranla Terapia FotodinámicaLa sucesión de pasos involucrada en el proceso de la

terapia fotodinámica aplicada a los tumores se muestracomo sigue:

• Inyección vía intravenosa del fotosensibilizador (0-15minutos).

• Asociación del fotosensibilizador con las proteínasplasmáticas (0-24 horas).

• Acumulación del fotosensibilizador en los tejidos (nor-males y malignos).

• La eliminación diferencial del fotosensibilizador de lostejidos malignos y normales (48 horas).

• Foto-excitación del fotosensibilizador en el tumor (lareacción con oxígeno en el tejido).

• Generación de especies citotóxicas (oxígeno singlete).• Daño celular específico.• Deterioro de la función celular.• Necrosis del tumor.

Las aplicaciones clínicas dela Terapia Fotodinámica pueden serdivididas en dos grupos principales:

1. Aplicaciones no-dermatológicas de la fototerapia.Una gran variedad de neoplasias en diferentes localida-

des anatómicas diferentes de la piel son los posibles blan-cos del tratamiento con fototerapia para una cura definiti-va, o para su atenuación. También puede combinarse conla quimioterapia usual. Lesiones en la cavidad ocular u oral,en esófago, laringe, bronquios, estómago, corazón, colon,pleura, cerebro, bilis y conductos del peritoneo han sidoestudiadas bajo el tratamiento con terapia fotodinámica.Algunos con resultados excelentes.

Los resultados más prometedores se han observado enel tratamiento de cáncer de la vejiga urinaria, pulmón yesófago; estos estudios están sobre todo en una fase avan-zada, la mayor dificultad ha estado en el diseño de dispo-sitivos de irradiación (fibras ópticas) que pueden alcanzarciertas áreas del cuerpo que necesitan ser irradiadas fácil-mente. Algunas de las áreas que han mostrado los resul-tados prometedores en los estudios clínicos con terapiafotodinámica incluyen cáncer del útero, retina y elmelanoma maligno coroideo.

2. Aplicaciones dermatológicas de la fototerapia.Una de las primeras aplicaciones de la fototerapia fué el

tratamiento del cáncer de piel, los resultados eran variados, enalgunos casos la mejora era notoria pero en otros se observónecrosis superficial y dolor severo. Después de muchos esfuer-zos de investigación se ha descubierto que el problema prin-cipal estaba en la selección de la longitud de onda óptima. Lalongitud de onda selectiva de 630 nm penetra aproximada-mente medio centímetro en la piel; el uso de longitud de ondamas larga y de dispositivos que permitieron una irradiaciónmás directa mejoró notoriamente los resultados.

Adicionalmente a su uso en el tratamiento de eventos queinvolucran la metástasis, la terapia fotodinámica ha sido em-pleada con algún éxito en la queratosis clínica, carcinoma decélulas basales, sarcoma kaposi, melanomas malignos, en mi-cosis y en el carcinoma de células escamosas. En casi todosestos casos un nuevo fotosensibilizador fue evaluado, a saber,fotoporfirina II, la cual ha mostrando resultados positivos encasi el 88% de los casos mediante una sola aplicación.

Todos los estudios anteriormente nombrados involucranel uso de derivados porfirínicos vía intra-venosa. Reciente-mente, algunos investigadores han publicado los estudiossobre el uso de fotosensibilizadores en forma tópica. Ejem-plo de esto es el ácido 5-amino-levulínico (ALA), el cual es unprecursor del protoporfirina IX en la biosíntesis del grupohemo. Muchas investigaciones similares han extendido estemétodo a las aplicaciones intradérmicas e intraperitoneales.

El aspecto más importante de la terapia fotodinámica sen-sibilizada es la selectividad con que el fotosensibilizador seasimila en la región designada, porque, sin la captación selec-tiva de este, el proceso terapéutico no será viable y hasta po-dría ser muy peligroso. También es importante mencionar queno todo es tan positivo al hablar sobre la aplicación de unafototerapia. La aparición de tumores en la piel, el desarrollo defotosensibilidas al tratamiento, además de las reaccionesfototóxicas son algunas de las desventajas generales de am-bas fototerapias (clásica y dinámica).

Algunas desventajas en la aplicaciónde fotosensibilizadores en FototerapiaLa asociación a las proteínas constituye el paso inicial de

complejos estudios relacionados más tarde con el mecanis-mo de fotoalergias, ya que es necesaria la comprobación dela formación de un pro-hapteno para la acción efectiva delfotosensibilizador que se enlaza (de manera covalente) conuna molécula del portador para formar el foto-antígeno com-pleto. Sin embargo, las variaciones de intensidad y desplaza-miento de las señales de emisión (fluorescencia) de la albú-mina o de la g-globulina a una longitud de onda de la exci-tación que corresponde al máximo de absorción delfotosensibilizador, puede ser un paso inicial para indicar unaposible implicación del sistema inmunológico dentro de laactividad fotobiológica de éste.

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También, la exposición a la radiación de UV en presenciade fotosensibilizadores, puede alterar la función y la viabili-dad de los linfocitos de sangre periférica en el humano. Elefecto es dependiente tanto de la dosis como de la longitudde onda usada. Casi todos los componentes moleculares dela membrana celular son susceptibles a las modificacionespor oxígeno singlete. Fosfolípidos, proteínas y colesterol en-tre otros son fácil blanco de oxidación por medio de esteproceso, mientras los hidratos de carbono, glicoproteinas yglicolípidos son muy poco afectados. Ello es también un in-dicativo fuerte de que el oxígeno singlete modifica el ADNcon un carácter genotóxico. Esto último es posible si las es-pecies oxigenadas son generadas dentro de las células, loque es necesario para la biolabilidad hasta el núcleo celularde algún fotosensibilizador. Además de estas bio-macromoléculas otras moléculas endógenas pequeñas dela membrana celular o de los procesos enzimáticos de respi-ración celular como NADPH y glutatión pueden también sermodificados por la reacción con oxígeno singlete capaz decausar oxidación.

Considerado como un tipo de oxígeno dañino al sistemabiológico22, el oxígeno singlete también puede causar da-ños en los sistemas de trascripción de señales y la expresióngenética23. Sin embargo, a pesar de todo el oxígeno singletetiene una gran utilidad y es el factor principal de acción enlos tratamientos mediante fototerapia. Actualmente es bienconocida su gran utilidad en el tratamiento anti-tumoral ysu actividad antiviral. También se han llevado a cabo estu-dios sobre la energía emitida por el oxígeno singlete cuan-do este se descompone a su estado fundamental. La energíaemitida a 634 nm puede actuar en monocitos induciendouna disminución en la formación de especies oxigenadasreactivas como el anión superóxido y radicales hidroxilos porprevia estimulación. Específicamente esta energía atenúa latensión oxidante para la inhibición del estallido respiratoriode la oxidasa de NADPH en el monocito activado24.

El proceso de fotosensibilización con azul de metileno ensuspensiones de eritrocitos normalmente es usado en lasplantas de tratamiento de sangre desde 1995 en Suiza y Ale-mania. Sin embargo, recientemente ha sido determinado queeste método sólo puede volver inactivas ciertas clases devirus extracelulares pero no el intracelular25. Esto es relacio-nado con la carga positiva permanente del fotosensibilizador(por ejemplo el azul de metileno), lo cual impide su entradaal citoplasma. También se ha observado una salida rápida depotasio del eritrocito, en magnitudes el doble, con respectoa los no-irradiados, luego del tratamiento fotodinámico ydespués de haber sido almacenados entre 1-6ºC por 42 días.

Los componentes del plasma de interés clínico como elfibrinógeno son dañados por la oxidación de residuos dehistidina, un aminoácido muy sensible al oxígeno singlete.También se ha descubierto la unión química delfotosensibilizador a la albúmina e IgG así como una

significante perdida de los factores de coagulación (F-VIII yF-I)26. Esto conlleva a realizar investigaciones más precisas parala eliminación de virus intracelulares, tales como el desarro-llo de síntesis de fotosensibilizadores molecularmente nocargados electrónicamente, lo cual aparentemente aumen-ta su entrada al citoplasma de la célula infectada.

Virus de hepatitis C y G, pueden estar frecuentementepresentes en la población de donantes de sangre antes detener una prueba consistente del proceso de estelirización yasí no poder darse seguridad confiable de la esterilidad de lasangre que puede transfundirse27,28. En todos los casos, la lla-ve exitosa del proceso de la esterilización requiere que elfotosensibilizador y el método puedan lograr una selectivi-dad apropiada en la inactivación del patógeno contaminan-te, conservando al mismo tiempo al máximo la actividad bio-lógica de los componentes sanguíneos.

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