Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Регистрация ИП (гос. пошлина, нотариальное заверение заявления, доверенность, печать, подготовка документов для р/с, статистика) «Все включено» 7 руб...полностью>>
'Реферат'
Актуальность проблемы. Стратегия развития современного общества на основе знаний и высокоэффективных технологий потребовала внесения значительных корр...полностью>>
'Регламент'
1. Це положення визначає завдання та функціональні обов’язки відділу фінансово-господарського забезпечення апарату районної державної адміністрації (...полностью>>
'Внеклассное мероприятие'
Цель конкурса: расширение кругозора, воспитание активного интереса к музыке, формирование представления о творчестве Бетховена через взаимосвязь музы...полностью>>

Ик лазерная инактивация клеток и фотоповреждение биотканей, сенсибилизированных плазмонно-резонансными золотыми наночастицами и красителями 03. 00. 02-биофизика

Главная > Автореферат диссертации
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Апробация

1) Международная школа по лазерной физике, оптике и биофизике в 2001-2008, (Saratov Fall Meeting) – 8 стендовых докладов;

2) Международная конференция “Оптика лазеров” LO’2003 и LOYS’2003 (Санкт-Петербург) - 2 стендовых доклада;

3) Международная конференция “Synchronization of chaotic and stochastic oscillations” SYNCHRO-2002 - стендовый доклад;

4) Всероссийская конференции “Нелинейные дни в Саратове для молодых” -2002, 2003 – 2 стендовых доклада;

5) 4 съезд фотобиологов России, Саратов, 2005, - 2 стендовых доклада;

6) Photonic West, SPIE 2002, 2005, 2006, 2008 - 5 стендовых докладов;

7) Международная конференция “Optics and Photonics 2007” SPIE (San Diego) - устный доклад;

8) 5 съезд фотобиологов России, 2008, Пущино –2 стендовых доклада;

9) Международная конференция “Photonics4 life” 2008 (Belgium) – устный доклад.

Публикации по теме диссертации: опубликовано 21 работа, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах РАН и зарубежных журналах из списка рекомендованных ВАК и 14 статей в зарубежных и отечественных периодических изданиях, получены 3 патента РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка цитируемой литературы, состоящего из 136 наименований.

Диссертация изложена на 154 страницах текста, содержит 91 рисунок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, рассмотрена новизна, практическая значимость, сформулирована цель работы, основные задачи исследований, приведены основные положения, выносимые автором на защиту.

Глава 1. Альтернативой фотодинамической лазерной терапии в последние несколько лет стал метод фототермической плазмонной терапии на основе золотых наносфер, апробированный в 2003 [Л6]. Однако у золотых наносфер диаметром от 5до100 нм плазмонный резонанс находится в области 520-560 нм, но в этой зеленой спектральной области наблюдается сильное поглощение излучения естественным хромофором крови - гемоглобином эритроцитов, что приводит к разрушению не только патологических, но и нормальных клеток. Наиболее перспективным является лазерный фототермолиз на основе золотых нанооболочек и наностержней, имеющих плазмонный резонанс в окне прозрачности биотканей (750-1100нм) [Л2, Л5]. В главе представлены детальные экспериментальные исследования нагрева коллоидного раствора золотых нанооболочек (Au/SiO2) и наностержней с плазмонным резонансом в спектральной области 750-850 нм, (синтезированных в ИБФРМ РАН в лаборатории проф. Хлебцова Н.Г.) при облучении полупроводниковым лазером с длиной волны 810 нм при уровне мощности 1-5 Вт и диаметре пучка 3-5 мм, работающем как в непрерывном режиме, так и в режиме генерации периодической последовательности импульсов с минимальной длительностью 200 мкс и регулируемой скважностью.

Компьютерное моделирование пространственного распределения поглощенных фотонов при распространении ИК электромагнитной волны через систему дискретных поглощающих и рассеивающих золотых нанооболочек (Au/SiO2 15/140 нм) в воде с учетом многократного светорассеяния осуществлялось методом Монте Карло при расчете траектории 107 фотонов (проф. Максимова И.Л., асп. Скапцов А.А.). На рис.2 (а,б) представлены результаты пространственного распределения поглощенных фотонов и двумерные термограммы коллоидного раствора нанооболочек в воде для двух концентраций 2 (в,г).

(а) (б)

(в) (г)

Рис.1. Компьютерное моделирование (а,б) пространственного распределения поглощенной лазерной мощности в коллоидном растворе золотых плазмонно-резонансных нанооболочек (Au/SiO2 15/140 нм) в воде и соответствующий эксперимент (в,г) - 2D термограммы при лазерной мощности 1 Вт время 5 с; (а,в – концентрация наночастиц 5*109 мл-1; б,г – 1*109 мл-1).

Проведенные расчеты температурных полей, возникающих в результате поглощения энергии лазерного излучения наночастицами, показывают качественное согласие с экспериментом, что позволяет создавать технологии управляемого лазерного фототермолиза. Исследована динамика нагрева и остывания раствора золотых наночастиц при лазерном нагреве, что важно для создания технологии in vivo на животных.

Проведенные исследования нагрева раствора золотых нанооболочек и наностержней показали возможность управления температурными полями как по глубине, так и по уровню пространственного изменения температуры при регулировании концентрации наночастиц и плотности резонансной лазерной мощности.

(а) (б)

(в) (г)

Рис.2. Термограммы ИК лазерного нагрева коллоидного раствора золотых плазмонно-резонансных нанооболочек (Au/SiO2 15/140 нм) в воде для различной концентрации при воздействии резонансного излучения полупроводникового лазера с плотностью мощности 10 Вт/см2 в течении 2 мин (120 Дж):

(г) - максимальная концентрация N0= 5 109 см-3; (в) N = N0/4; (б) N= N0/16, (а) – физраствор.

Для бесконтактного измерения температуры использовался тепловизор IRISYS 4010 (InfraRed Integrated System Ltd, UK).

(а) (б)

Рис.3. Концентрационные зависимости изменения максимальной температуры коллоидного раствора золотых плазмонно-резонансных нанооболочек ((Au/SiO2 15/140 нм) при облучении непрерывным излучением лазера GaAlAs (810 нм) мощностью 2 Вт в течение 2-х минут (240 Дж) (а); и (б) - динамика температуры в центре области облучения при лазерном нагреве водного раствора золотых плазмонно-резонансных наночастиц. ■А – начало лазерного воздействия, ■В – выключение лазера.

Впервые в [Л6] апробирован новый метод для селективного повреждения клеток-мишеней, основанный на использовании золотых наночастиц, которые нагреваются наносекундными лазерными импульсами для создания локализованного повреждения клеток. При импульсной лазерном нагреве появляются дополнительные управляющие параметры: длительность оптического импульса, временной интервал между импульсами. В работе представлены сравнительные исследования эффективности резонансного оптического нагрева при облучении коллоидного раствора золотых нанооболочек лазером, работающем в непрерывном и импульсном режиме с длительностью от сотен микросекунд до сотен миллисекунд с регулированной скважностью при одинаковом уровне вводимой оптической энергии (Рис.4).

(а) (б)

(в) (г)

Рис.4. Сравнительная динамика лазерного нагрева плазмонно-резонансных наночастиц ИК излучением лазера (810 нм), работающего в импульсном (длительность импульса 2 мс, скважность 7) и непрерывном режиме с мощностью 2 Вт при одинаковом уровне вводимой оптической энергии : (а), (в) - импульсный режим; (б), (г) - непрерывный: (а), (б) - 60 Дж; (в), (г)- 240 Дж.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при использовании раствора золотых плазмонно-резонансных наночастиц, подверженного воздействию ИК миллисекундных лазерных импульсов при скважности более 2-х, возможна реализация режима локального нагрева, когда облучаемый объем на 10-20 0С более холодный, чем при непрерывном лазерном воздействии, что получило подтверждение и на биотканях, при этом температурная разница между режимами существенно уменьшается, если при увеличении скважности пропорционально увеличивается пиковая лазерная мощность.

Однако на лазерные импульсные технологии существуют ограничения по длительности и энергии лазерных импульсов. Нами впервые был обнаружен и интерпретирован эффект дефрагментации золотых нанооболочек (Au/SiO2 15/140 нм) при облучении одиночными лазерными (λ=1064 нм) импульсами длительностью τ=4 нс и плотностью энергии более 200 мДж/см2, что вызывало в лазерном фокусе возникновение золотых наносфер и их кластеров. Значительно больший порог 6 Дж/см2 для дефрагментации требуется в фемтосекундной области (Ti:Sp λ=800нм, τ=60фс).

Рис.5. Дефрагментация золотых нанооболочек (Au/SiO2;15/140нм) при воздействии одиночных импульсов YAG:Nd λ=1064 нм лазера с энергией 2-10 мДж: а - коллоидный раствор золотых нанооболочек (Au/SiO2 15/140 нм), b - после воздействия лазерных импульсов, с - изменение спектральных характеристик, приводящем к смещению положения плазмонного резонанса из ИК (900нм) в зеленую (530 нм) область d – TEM изображения отдельных золотых наноболочек до облучения, e- после; [3].

Разработанные технологии ИК резонансного нагрева золотых нанооболочек и наностержней были реализованы при фототермолизе биотканей животных in vivo, включая спонтанные опухоли при интерстициальном и внутривенном введении наночастиц [1,2]. Лазерный фототермолиз поверхностных тканей крысы при внутрикожном, подкожном и внутримышечном введении резонансных наночастиц (800нм) представлен на Рис.6.

(а) (б)

(в) (г)

Рис.6. Термограммы лазерной гипертермии поверхностных тканей крысы а - без наночастиц, б - при внутрикожном, в - подкожном и г - внутримышечном введении 0.1 мл физраствора с золотыми плазмонно-резонансными нанооболочками (Au/SiO2 15/140 нм 109см-3) при воздействии резонансным излучением полупроводникового лазера (810 нм) с мощностью 1 Вт в течении 3 мин (180 Дж).

Совместно с первой ветеринарной клиникой Саратова апробированы технологии лазерного фототермолиза с золотыми плазмонно-резонансными наночастицами различных спонтанных опухолей мелких животных (плоско-клеточный рак, базально-клеточный рак, меланома и др.) и получены положительные результаты, подтвержденные гистологически.

В настоящее время реализованы в основном цитологическеские исследования по лазерному фототермолизу биотканей на основе золотых плазмонно-резонансных частиц [Л2]. В работе представлены экспериментальные результаты лазерному фототермолизу клеток крови человека при использовании технологии золотых наноболочек и определены уровни мощности

(а) (б)

Рис.7. ИК лазерный фототермолиз эритроцитов микрокапли (20 мкл) цельной крови человека при введении золотых плазмонно-резонансных нанооболочек (Au/SiO2 15/140 нм) при концентрации 3 109 см-3 и облучения препарата непрерывной лазерной мощностью 2 Вт в течении 60 сек при диаметре лазерного пучка в 5 мм: а-темнопольная микроскопия; б- оптическое изображение в проходящем свете.

Для селективного накопления функционализированных моноклональными антителами золотых наночастиц необходимо их внутривенное введение, при этом необходимо исследование влияния наночастиц на гемостаз. Нами впервые обнаружен размерный эффект влияния золотых наночастиц на функциональную активность тромбоцитов крови крыс и человека при использовании лазерного тромбоцитарного агрегометра, который необходимо учитывать при внутривенном введении наночастиц [10].

Рис.8. Блок-схема установки (BIOLA) для измерения динамики АДФ индуцированной агрегации тромбоцитов при введении золотых наночастиц и результаты измерений: 1 - без наночастиц; 2 - золотые нанооболочки (Au/ SiO2 15/140 nm); 3 - золотые наносферы 2-3 нм.

Во второй главе обсуждаются апробированные методы визуализации наночастиц такие как электронная, атомно-силовая, туннельная микроскопия и экспресс метод диагностики отдельных золотых плазмонно-резонансных наносфер, нанооболочек и наностержней и их кластеров в растворах и в гистологических срезах [Л2] на основе оптической темнопольной микроскопии. Приводятся результаты визуализации в объеме золотых нанооболочек и наностержней с плазмонным резонансом в ближней ИК области (800 нм) с помощью низко-когерентного оптического томографа до глубины 2-х мм. Предложен и запатентован способ определения концентрации наночастиц в диапазоне от 109/мл-106/мл и их пространственного распределения, причем верхняя граница определяется условием, когда в объем когерентности, определяемый произведением длины продольной когерентности зондируемого излучателя (суперлюминесцентного диода) на размер фокального пятна, попадает не более одной наночастицы. Метод ОСТ позволяет количественно определить величину обратного отражения от отдельных наночастиц и кластеров.

(а) (б)

Рис.9. Двумерный ОСТ скан коллоидного раствора золотых плазмонно-резонансных нанооболочек (Au/SiO2 15/140 нм для двух значений концентраций: а-1/32 109-3 и б- 1/128 109-3 , измеренный с помощью ОСТ (Stratus-3000 Carl Zeiss, длина когерентности 10 мкм, диаметр фокального пятна 20мкм, глубина кюветы 1мм).

Экспериментально обнаружено, что в коллоидном растворе золотых плазмонно-резонансных наночастиц с концентрацией более 109/мл ОСТ существенно искажает информацию о пространственном распределении наночастиц (Рис.10), что качественно подтверждают результаты компьютерного моделирования процессов поглощения и рассеяния фотонов в такой дискретной наносреде. Предложено использовать коллоидный раствор золотых наночастиц как управляемый фантомный объект для тестирования потенциальных возможностей ОСТ.

(а) (б) (в)

Рис.10. Двумерный ОСТ скан коллоидного раствора золотых плазмонно-резонансных нанооболочек (Au/SiO2 15/140 нм) для трех концентраций: (а)-2∙1010/мл,(б)1/2∙1010/мл,(в)1/16∙1010/мл при равномерном распределении наночастиц в объеме (коэффициент отражения закодирован в цвете-шкала справа).

Проведены исследования по визуализизации золотых наночастиц в микронном и субмикронном объеме с помощью конфокальных лазерных томографов, зондирующие излучение которых совпадает с плазмонным резонансом. Эксперименты на фантомах из агара и биотканях in vitro показали наличие существенного уровня оптического шума от оптических неоднородностей.

Для детектирования золотых наночастиц в биотканях in vivo были проведены тестовые измерения с помощью магнито-резонансного и рентгеновского томографа, которые показали возможность визуализации золотых наночастиц при концентрации 109/мл, однако реально такое количество наночастиц в биотканях не накапливается. Для количественной оценки содержания золота в различных биотканях лабораторных крыс впервые использовался атомно-абсорбционный метод на основе спектрофотометра AAS-3 (Карл Цейс, Германия) с лампой типа ЛТ-6М с разрядом в полом катоде паров золота. Соизмеримая чувствительность по обнаружению золота (0,01 мкг/мл) в биотканях крысы была достигнута в работе [ Л14 ] при использовании индукционно-плазменной масс-спектрометрии (ICP-MS).

Обнаружено, что через сутки максимальная концентрация золотых наночастиц накапливается в печени и селезенке и практически не проникает в мозг.

Третья глава посвящена исследованию фототермической терапии с помощью известного фотосенсибилизатора - индоцианина зеленого (ICG-C43H47N2O6S2Na), интенсивно поглощающего оптическое излучение в ближней инфракрасной области и сравнению с технологией резонансного лазерного нагрева с золотыми плазмонно-резонансными нанооболочками при управлении соответствующими концентрациями и уровнем лазерного воздействия.

Проведены детальные исследования пространственного нагрева раствора ICG от концентрации и уровня плотности лазерной мощности, как в непрерывном режиме (Рис.11), так и в импульсном (Рис.13).

(а) (б)

(в) (г)

(д) (е)

Рис.11.Термограммы резонансного лазерного нагрева раствора ИК фотосенсибилизатора типа Индоцианин зеленый (ICG) для различной его концентрации при воздействии излучения полупроводникового лазера (810нм) с мощностью 1 Вт в течении 3 мин (180 Дж): а-вода; б- ICG 1/128 мкМ/мл; в- ICG 1/64 мкМ/мл; г- ICG 1/32 мкМ/мл; д- ICG 1/16 мкМ/мл ; е- ICG 1/8 мкМ/мл .

Как показали исследования по резонансному лазерному нагреву раствора ICG выбором концентрации и уровня лазерной мощности возможно управление локальной температурой и ее пространственным распределением, причем как уровень температуры, так и ее пространственное распределение в объеме может быть соизмеримо с лазерным нагревом золотых плазмонно-резонансных наночастиц (Рис.1.). Проведенные эксперименты по ИК резонансному лазерному фототермолизу при введении ICG лабораторным крысам показали возможность осуществления управляемой локальной гипертермии.

(а) (б)

(в) (г)

Рис.12. Термограмма ИК лазерной гипертермии биотканей лабораторной крысы in vivo при внутрикожном (а), подкожном (б), внутримышечном (в) введении фотосенсибилизатора Индоцианина –зеленого (ICG 0,78 мг/мл) и контроль (г) при непрерывном облучении лазерным пучком (810 нм) мощностью 1 Вт в течении 1 мин.

Экспериментально проведено детальное сравнение резонансного ИК лазерного нагрева двух принципиально разных сред: коллоидного раствора золотых плазмонно-резонансных нанооболочек, представляющей модель дискретной поглощающей и рассеивающей объемной среды и ИК фотосенсибилизатора – Индоцианина зеленого (ICG)-модель поглощающей оптически однородной среды. В результате проведенных исследований было установлено, что выбором концентрации наночастиц и красителя в случае непрерывного резонансного лазерного облучения (810нм) можно получить соизмеримые результаты нагрева как фантомах, так и на лабораторных животных in vivo. Однако, в импульсном режиме облучения при одинаковой средней оптической мощности по сравнению с непрерывным режимом, для плазмонно-резонансных частиц наблюдается существенно меньший нагрев объемной среды по сравнению с фотосенсибилизаторами и это отличие возрастает с уменьшением длительности лазерных импульсов и увеличении скважности, что потенциально делает технологию лазерного импульсного фототермолиза, основанную на плазмонно резонансных частицах наиболее перспективной для локального термолиза патологических клеток (Рис.13).

(а) (б)

(в) (г)

(д) (ж)

Рис.13.Сравнительные термограммы ИК резонансного лазерного нагрева коллоидного раствора золотых плазмонно-резонансных наноболочек (Au/SiO2 - 30/140 нм с массовым содержанием золота 37мкг/мл) (а,в,д) и ИК фотосенсибилизатора - Индоцианина зеленого (ICG) c концентрацией 78 мкг/мл) (б,г,ж) при воздействии на кювету типа Эппендорф излучения полупроводникового лазера(810 нм) со средней энергией 180 Дж .(а,б)-непрерывный режим; ((г,д)-длительность импульса 1 мс, скважность 2, (д,ж)- длительность 1 мс, скважность 4.

Предложен неинвазивный метод оценки функциональной гибели клеток апробированный для эритроцитов цельной крови человека при лазерном фототермолизе, основанный на анализе в реальном времени субклеточного комбинационного рассеяния, измеренного с помощью лазерного конфокального томографа. При воздействии пучка синего лазерного излучения (λ=473 нм), резонансного для молекул гемоглобина и сфокусированного до размера длины волны на поверхности эритроцита достаточно мощности не более 20 мВт и времени воздействия менее 10 секунд для локального фототермолиза с образованием карбонизации (локальная температура >180 0С). Спектры КР одного эритроцита до (а) и после (б) соответствующего лазерного фототермолиза представлены на Рис. 14. (масштаб по оси абсцисс в волновых числах 103 см-1)

(а) (б)

Рис.14. Спектры КР одного эритроцита до (а) и после (б) соответствующего лазерного фототермолиза.

Предлагаемый метод позволяет исследовать спектры КР любых форменных образований крови, включая лейкоциты и тромбоциты при воздействии лазерного излучения и контролировать необратимый процесс гибели клеток.

Четвертая глава посвящена исследованию процессов инактивации аксонов соматического нерва лягушки, прокрашенного фотосенсибилизаторами при воздействии резонансного лазерного излучения. Предложена методика исследования воздействия лазерного излучения на динамический отклик нейронов с временным разрешением от сотен микросекунд в течении нескольких часов которая позволила исследовать как фототермические процессы инактивации нейронов при использовании ИК фотосенсибилизаторов (ICG), так и фотодинамическое воздействие при использовании фотосенсибилизаторов - метиленового синего при облучении He-Ne лазером(λ=633 нм) и эритрозина –B при облучении твердотельным YAG Nd лазером с диодной накачкой (λ=532 нм) с плотностью оптической мощности не более 500 мВт/см2.

Результаты резонансного ИК фототермолиза пучка аксонов соматического нерва лягушки прокрашенного индоцианином зеленым, представлены на Рис.15.

(а) (б)

Рис.15.Эволюция составного потенциала действия ансамбля аксонов соматического нерва лягушки, прокрашенного фотосенсибилизатором-индоцианином зеленым (1 мкM/мл), возбуждаемого внеклеточно последовательностью миллисекундных электрических импульсов и облучаемого полупроводниковым лазером ( GaAlAs , λ=810 нм, P=10 Вт/см2) в течении 10мин.: а- сразу после воздействия, б-через 30 мин.

Исследование динамического отклика аксонов соматического нерва лягушки как во время лазерного облучения, так и в течении нескольких часов после воздействия, а также численное моделирование процессов инактивации на основе системы уравнений Ходжкина и Хаксли [Л17,Л18], модифицированных для возбуждения последовательностью внешних миллисекундных электрических импульсов, позволили предположить, что инактивация нейронов происходит вследствие функционального фотоповреждения Na+ потенциал-зависимых каналов, так и мембраны митохондрий, нарушающий функционирование активного K+/Na+ транспорта плазматической мембраны аксонов.

Экспериментально обнаружено, что нелинейно-динамический отклик аксонов соматического нерва лягушки проявляется через механизм удвоения периода следования возбуждающих электрических импульсов, когда этот период становится соизмеримым со временем рефрактерности, что приводит динамическому хаосу, отражающемуся в нерегулярной последовательности составного потенциала действия аксонов и амплитуды ПД и соответственно накладывает ограничения на предложенный электрофизиологический метод диагностики фотосенсибилизаторов (Рис.16).

(а,б) (в,г)

Рис.16.Составной потенциал действия соматического нерва лягушки (а, в,) и соответствующий спектр мощности динамического отклика нерва (б, г) при возбуждении регулярной последовательностью электрических импульсов с различной частотой следования (f) при фиксированной амплитуде (двойной порог) и длительности (0.1 мс) стимулирующих импульсов: а, б - f = 89 Гц (регулярная последовательность); в, г - f = 487 Гц (режим динамического хаоса) .

ВЫВОДЫ

1. Апробирован управляемый ИК лазерный фототермолиз клеток и биотканей на основе золотых плазмонно-резонансных нанооболочек и наностержней при различной концентрации наночастиц в объеме (от107до109 см-3) при оптимизации режимов облучения (непрерывный, импульсный при плотности лазерной мощности 10-20 Вт/см2) при бесконтактном контроле 2-D температурных полей с помощью тепловизора.

Реализован неинвазивный оптический метод контроля функциональной инактивации отдельных клеток крови при лазерном фототермолизе на основе анализа комбинационного рассеяния, измеренного с помощью конфокального микроскопа.

Обнаружен размерный эффект влияния золотых наночастиц на функциональную активность тромбоцитов крови.

2. Экспериментальные исследования температурных полей при одинаковом уровне вводимой лазерной энергии в фантомы с раствором ИК фотосенсибилизатора (Индоцианин зеленый) (модель непрерывной поглощающей среды) и коллоидным раствором золотых плазмонно-резонансных нанооболочек и наностержней (дискретная поглощающая и рассеивающая среда) показали, что выбором концентрации возможно достигнуть сравнимого уровня и пространственного распределения температуры в случае непрерывного режима облучения, в то время как при воздействии последовательностью лазерных импульсов с длительностью менее миллисекунды и скважностью более двух для фантомов и биотканей с золотыми наночастицами реализуется режим лазерного нагрева объемной среды на 10-20 градусов 0С меньше.

Экспериментально установлены пороговые уровни плотности энергии и лазерной мощности, вызывающие дефрагментацию золотых плазмонно-резонансных нанооболочек в наносекундной и фемтосекундной области.

3. Показана возможность детектирование отдельных золотых плазмонно-резонансных нанооболочек и наностержней в коллоидном водном и глицериновом растворе с помощью лазерного конфокального и низко-когерентного томографа. Установлена возможность определения с помощью ОСТ концентрации наночастиц, когда в объем когерентности попадает одна и менее частиц (менее 109 частиц в мл). Эксперименты по повышению контрастности визуализации слоистых объемных сред при введении наночастиц в фантомы на основе агара при зондировании с помощью лазерного конфокального томографа и ОСТ показали их низкую эффективность вследствие влияния сильного оптического шума, связанного с эффектами рассеяния.

4. Предложена и апробирована методика степени фототермического и фотодинамического воздействия на нейронные клетки ex vivo на основе экспериментальных исследований динамического (с миллисекундным разрешением) отклика соматического нерва лягушки, прокрашенного фотосенсибилизаторами и подверженного воздействию резонансного лазерного излучения при внеклеточном возбуждении потенциалов действия. Анализ изменения пороговых характеристик возбуждения аксонов, числа генерируемых ПД после лазерного воздействия, а также результаты численного моделирования позволяют интерпретировать процессы инактивации аксонов как фотоповреждение плазматической мембраны клеток, а также мембраны митохондрий, что отражается на функционировании активного транспорта, обусловленного работой Na+:K+ насоса.

Список цитированной литературы:

Л1. Niemeyer C.M., Mirkin C.A. Nanobiotechnology: Concepts, Applications, and Perspectives. –

Weinheim: Wiley-VCH. 2004.

Л2. Дыкман Л.А., Богатырев В.А., Щёголев С.Ю., Хлебцов Н.Г. Золотые наночастицы: синтез, свойства, биомедицинское применение. М.: Наука. 2008. - 319 C.

Л3. Sarah L. Westcott, Steven J. Oldenburg, T. Randall Lee,Naomi J. Halas.Formation and Adsorption of Clusters of Gold Nanoparticles onto Functionalized Silica Nanoparticle Surfaces // Langmuir. 1998. V. 14.P. 5396-5401.

Л4. Huang X., Jain P.K., El-Sayed I.H., El-Sayed M.A. Plasmonic photothermal therapy (PPTT) using gold nanoparticles // Lasers Med. Sci. 2008. V. 23. P. 217-228.

Л5. Khlebtsov B.N., Zharov V.P., Melnikov A.G., Tuchin V.V., Khlebtsov N.G. Optimization of light-absorbing gold nanostructures for photothermal therapy of cancer cells // Nanotechnology. 2006. V. 17. P. 5267-5279.

Л6. Pitsillides C.M., Joe E.K., Wei X., Anderson R.R., Lin C.P. Selective cell targeting with light-absorbing microparticles and nanoparticles // Biophys J. 2003. V. 84. P. 4023-4032.

Л7. Zharov V.P., Galitovsky V., Viegas M. Photothermal detection of local thermal effects during selective nanophotothermolysis // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83. P. 4897-4899.

Л.8. Hirsch L. , Stafford R. J., Bankson J. A., Sershen S. R., Rivera B., Price R. E., Hazle J. D., Halas N., West J. Nanoshell-mediated near-infrared thermal therapy of tumors under magnetic resonance guidance // Proc. Natl. Acad. Sci. 2003. V. 23. P. 13549-13554.

Л.9. X. Huang, I. H. El-Sayed, W. Qian, and M. A. El-Sayed, Cancer cell imaging and photothermal therapy in the near-infrared region by using gold nanorods // J. Am. Chem. Soc.2006. V. 128. P. 2115-2120.

Л10.Оптическая биомедицинская диагностика. Под ред. В.В.Тучина.М: Физматлит. 2007. 953 С.

Л11. Руководство по оптической когерентной томографии. Под ред. Гладковой Н.Д., Шаховой Н.М., Сергеева А.М. М.: Физматлит. Медкнига. 2007. 296 С.

Л12.Troutman T.S., Barton J. K., Romanowski M. Optical coherence tomography with Plasmon resonant nanorods of gold// OPTICS LETTERS. 2007. V. 32. No. 11. P.1438-1440.

Л13. Е.В. Загайнова, М.В. Ширманова, В.А. Каменский, М.Ю. Кирилин, А.Г. Орлова

И.В. Балалаева, Б.Н. Хлебцов, А.М. Сергеев. Исследование контрастирующих свойств золотых наночастиц для метода ОКТ// Российские Нанотехнологии. 2007. Т.2. № 7– 8. С.135-143.

Л14.W. H. De Jong , W. I. Hagens, P. Krystek , M. C. Burger, A. J.A.M. Sips, R. E. Geertsma. Particle size-dependent organ distribution of gold nanoparticles after intravenous administration // Biomaterials.2008. V. 29. P.1912-1919.

Л15. Владимиров Ю. А., Потапенко А. Я. Физико – химические основы фотобиологических процессов. М.: Высш. Шк. 2007. 189 С.

Л16. Uzdensky A.V., Mironov A.F. Photodynamic inactivation of the single crayfish nerve cell: dynamics of electrophysiological responses and comparison of photosensitizes// Laser Med.Sci. 1999. V. 14. P. 185-195.

Л17. Ходоров Б. И. Общая физиология возбудимых мембран. М.: Наука. 1975. 405 С.

Л18. Хухо Ф. Нейрохимия. Основы и принципы.М.:Мир.1990. 384 С.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦТИИ

Статьи:

  1. Maksimova I.L, Akchurin G. G., Khlebtsov B. N., Terentyu G. S., Akchurin G. G.Jr., Ermolaev I. A., Skaptsov A. A., Soboleva E.P., Khlebtsov N. G. , Tuchin V.V. Near-infrared laser photothermal therapy of cancer by using gold nanoparticles: computer simulations and experiment // Мedical Laser Applications .2007. V.22. Р. 199-206.

  2. Максимова И.Л., Акчурин Г.Г.,Терентюк Г.С., Хлебцов Б.Н., Акчурин Г.Г.мл., Ермолаев И.А., Скапцов А.А., Ревзина Е.М., Тучин В.В, Хлебцов Н.Г. Лазерный фототермолиз биотканей с использованием плазмонно- резонансных наночастиц. // Квантовая электроника. 2008. Т.38. №6. С.536-542.

  3. Garif Akchurin, Boris Khlebtsov, Georgy Akchurin, Valery Tuchin, Vladimir Zharov, and Nikolai Khlebtsov. Laser-induced photodestruction of silica/gold nanoshells under single nanosecond pulses // Nanotechnology. 2008. №1. P.41-47.

  4. A. Lemelle, B. Veksler, I.S. Kozhevnikov, G.G. Akchurin, S.A. Piletsky and I. Meglinski. Application of gold nanoparticles as contrast agents in confocal laser scanning microscopy // Laser Physics Letters. 2009. P.64-71.

  5. Акчурин Г.Г., Селиверстов Г.А, Акчурин Г.Г.мл. Нелинейно-динамический отклик ансамбля нейронов, возбуждаемых регулярной последовательностью электрических импульсов // Известия ВУЗов Прикладная Нелинейная Динамика. 2003. № 4. C.74-79.

  6. Терентюк Г.С., Акчурин Г.Г.мл., Акчурин Г.Г., Долганова М.В., Иванов А.Н., Киричук В.Ф., Максимова И.Л., Маслякова Г.Н., Трояновская Л.П., Хлебцов Б.Н., Хлебцов Н.Г., Шантроха А.В. Особенности воздействия золотых наночастиц и их конъюгатов на физиологические показатели организма при онкозаболеваниях. // Российский биотерапевтический журнал. 2008. Т.7. №1. С.33.

  7. Акчурин Георгий. Динамические и флуктуационные процессы при возбуждении ансамбля нейронов последовательностью регулярных электрических импульсов // Сборник трудов конференции “ Нелинейные дни в Саратове для молодых - 2002”. 2002. C. 98-101.

  8. Акчурин Александр, Акчурин Георгий. Нелинейно-динамический отклик ансамбля аксонов, возбуждаемых регулярной последовательностью электрических импульсов ex-vivo // Сборник трудов конференции “Нелинейные дни в Саратове для молодых – 2003” 2003. C.120-123.

  9. G. G. Akchurin Jr., G. G. Akchurin, V. A.Bogatyrev, I. L. Maksimova, G.A. Seliverstov, G.S.Terentyuk, B.N.Khlebtsov, N. G. Khlebtsov, V. V.Tuchin. Near-infrared laser photothermal therapy and photodynamic inactivation of cells by using gold nanoparticles and dyes // Proc. SPIE. 2007. V. 6645. 66451U. 12 pages.

  10. Maksimova I.L., Rybukho V.P., Lychagov V.V, Khlebtsov B.N., Khlebtsov N.G., Akchurin G.G. Jr, Kolbenev I.O., Maksimov V.Yu., Naumova O.G., Skaptsov A.A., Terentyuk G.S., Tuchin V.V. Dynamic of gold nanoparticles labeling studied on the basis of OCT and backscattering spectra of tissues and phantoms // Proc. SPIE. 2008. V. 6855. 68550K. 10 P.

  11. G. G. Akchurin, Akchurin G. G. Jr., A.N.Ivanov, V.F.Kirichuk, G.S.Terentyuk, B. N.Khlebtsov, N. G. Khlebtsov. Influence of gold nanoparticles on platelets functional activity in vitro // Proc.Spie.2008. V. 6869. 68690V. 6 P.

  12. Акчурин Г.Г, Селиверстов Г.А, Акчурин Г.Г. мл. Фотодинамическая инактивация соматического нерва лягушки ex vivo при воздействии лазерного излучения // Материалы 4 съезда фотобиологов России. Саратов. 2005. С. 182-184.

  13. Акчурин Г.Г., Селиверстов Г.А., Акчурин Г.Г. мл., Правдин А.Б., Трофимов А.Ю. Особенности локальной инактивации аксонов соматического нерва лягушки лазерным излучением (337 нм) и низко-когерентным УФА излучением // Материалы 4 съезда фотобиологов России. Саратов. 2005. С. 188-190.

  14. G. S. Terentyuk, I.L. Maksimova, Akchurin G. G., Khlebtsov B. N., Akchurin G. G. Jr., Ermolaev I. A., Skaptsov A. A., Khlebtsov B. N., Khlebtsov N. G., Tuchin V.V. Optimization of laser heating with the treatment of spontaneous tumors of domestic animals by use of thermography // Proc.SPIE.2008. V. 6791. 67910Q. 10 P.

  15. Garif G. Akchurin, George A. Seliverstov, George G. Akchurin , Svetlana Kudryashova. Photodynamic inactivation of somatic frog nerve ex vivo // Proc.SPIE. 2004. V. 5315. P. 143-147.

  16. Garif G. Akchurin, George A. Seliverstov, George G. Akchurin. Optical controlling dynamic and fluctuation processes in ensemble of neurons at pulsed electrical excitation ex vivо // Proc.SPIE. 2004. V.5330. P. 194-199.

  17. Garif G. Akchurin, George G. Akchurin, George A. Seliverstov, Artyom Yu. Trofimov. Technology and mechanism of neuron inactivation by N2 laser radiation (=337 nm), mercury-vapor lamp (Hg =365 nm) and low-coherence UV-A sun radiation // Proc.SPIE. 2005. V.5686. P. 581-588.

  18. Akchurin G.G., Seliverstov G.A., Kamenskih T.G., Akchurin G.G. Jr. Dynamic and fluctuation processes in ensemble of neurons at pulsed electrical and optical excitation in vivo//Proc.SPIE.2001.V.4707.P307-311.

Патенты РФ:

  1. Способ лазерного фототермолиза серповидно-клеточных эритроцитов. RU № 2345805.

Опубликовано 10.02. 2009. Бюл.№4. Авторы: Акчурин Г.Г., Акчурин Г.Г.мл, Богатырев В.А., Терентюк Г.С.

  1. Способ селективного разрушения меланомы. RU №2347563. Опубликовано 27.02. 2009. Бюл.№ 6. Авторы: Акчурин Г.Г., Акчурин Г.Г.мл., Богатырев В.А., Максимова И.Л., Маслюкова Г.Н., Терентюк Г.С., Хлебцов Б.Н., Хлебцов Н.Г., Шантроха А.В.

  2. Способ определения концентрации наночастиц. RU № 2361190

Опубликовано 10.07. 2009. Бюл.№ 19. Авторы: Акчурин Г.Г., Акчурин Г.Г.мл., Колбенев И.О., Максимов В.Ю., Наумова О.Г., Хлебцов Б.Н., Хлебцов Н.Г.

Тезисы докладов:1.G.G.Akchurin, G.A.Seliverstov, G.G.Akchurin Jr. Dynamic and fluctuation processes in ensemble of neurons at pulsed electrical excitation ex vivo // International Conference SYNCHRO 2002. Saratov. Book of Abstracts. P.14.

2.Г.Г. Акчурин, Г.Г. Акчурин мл., Б.В. Векслер, И.О. Колбенев, И.Л.Максимова, И.В. Меглинский, О.Г.Наумова, А.А.Скапцов, Б.Н. Хлебцов, Н.Г. Хлебцов. Детектирование плазмонно-резонансных наночастиц низко-когерентным и конфокальным оптическим томографом для технологии лазерного фототермолиза. Труды V съездa фотобиологов России. Пущино 16-20 июня. 2008. C. 164.

3. Акчурин Г.Г.мл., Акчурин Г.Г., Максимова И.Л., Селиверстов Г., Терентюк Г.С., Хлебцов Б.Н., Хлебцов Н.Г., Тучин В.В. Инфракрасный лазерный фототермолиз и фотодинамическая инактивация клеток при взаимодействии излучения с фотосенсибилизаторами и плазмонно-резонансными наночастицами. Труды V съездa фотобиологов России. Пущино 16-20 июня. 2008. С. 163.

4. Георгий Акчурин, Гариф Акчурин, Владимир Богатырев, Даниил Браташев, Дмитрий Горин, Ирина Максимова, Сергей Портнов, Георгий Терентюк, Борис Хлебцов, Николай Хлебцов, Валерий Тучин. Управляемый ИК лазерный фототермолиз раковых клеток и клеток крови на основе технологии золотых плазмонно-резонансных наночастиц и фотосенсибилизаторов. Тезисы докладов второго Международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий «RUSNANOTECH-09». Москва. 6 - 8 октября 2009. C. 886-887.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Российская академия наук Программа фундаментальных исследований Президиума ран фундаментальные науки – медицине (2)

    Программа
    В сборник материалов конференции включены тезисы докладов ученых из институтов РАН и организаций академической системы здравоохранения по полученным в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки
  2. Программа фундаментальных исследований Президиума ран

    Программа
    Болезнь Альцгеймера характеризуется многофакторной этиологией и поэтому для успешной терапии применяется комплекс препаратов с различными свойствами, влияющими на различные звенья токсического каскада, приводящего к гибели нейронов.
  3. Программа дисциплины "биофизика" Для специальности №040900 Медицинская биофизика

    Программа
    Программа по биофизике составлена сотрудниками кафедры биофизики медико-биологического факультета Российского государственного медицинского университета Министерства Здравоохранения Российской Федерации: заведующим кафедрой профессором,
  4. Специальные дисциплины кафедры молекулярной биофизики

    Документ
    08Методы математического эксперимента 40 /18,19 5/10 3 4 СДМ.08 Радиоспектроскопия 40 /19 /11 3 СДМ.09 Взаимодействие макромолекул с лигандами 51040 /18 /11,1 4 3 СДМ.
  5. Отче т о деятельности российской академии наук в 2003 году

    Реферат
    В 2003 году Российская академия наук, как и ранее, проводила фундаментальные и прикладные исследования в соответствии с Приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники и Перечнем критических технологий Российской

Другие похожие документы..