Skip to Content

Лабораторная оценка физических и фотохимических свойств нового наносекундного полупроводникового медицинского лазерного генератора.

ID: 2015-11-5-A-5404
Оригинальная статья
ГБОУ ВПО Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова

Резюме

Даны общие принципы лазерной фотодинамической терапии, ее применение в медицине, а также принцип фотодинамического воздействия на патологические ткани синглетного кислорода, генерируемый от возбужденных (триплетных) молекул кислорода фотосенсибилизаторов и  инициирующего деструктивные процессы в вирусах, клетках и тканях. Известно, что в тканях достаточно воды и генерация синглетного кислорода может быть без экзогенных фотосенсибилизаторов с использованием инфракрасного лазерного излучения с длиной волны, соответствующей максимуму поглощения растворенного в тканях молекулярного кислорода. Лабораторные испытания нового наносекундоного лазерного генератора «Super SEB»  доказывают, что беспигментная лазерная генерация синглетного кислорода с применением импульсного низкочастотного режима излучения эффективнее непрерывного излучения и может стать перспективным направлением фототерапии в практической медицине и стоматологии.

Ключевые слова

фотодинамический эффект, фотосенсибилизатор, синглетный кислород, лазерное излучение.

Введение

В современной медицине использование лазерных технологий распространено достаточно широко, так как их отличает  гуманистическая направленность. Лазерные генераторы позволяют получать монохроматическое излучение высокой мощности и благодаря этому избирательно поражать необходимые мишени, избегая повреждения других структур. Лечение с применением лазерных технологий отличается малой инвазивностью, низкой системной токсичностью, отсутствием генотоксичности. [1, 2]. Низкоинтенсивное лазерное излучение обладает фибрино- и тромболитическими свойствами, оказывает противовоспалительное и противоотечное действие [3].

Фотохимические эффекты лазерного излучения лежат в основе метода лечения с использованием фотодинамической (ФДТ) лазерной терапии. Она является результатом комбинированного действия трех компонентов – фотосенсибилизатора, лазерного излучения  и кислорода с образованием молекулярного синглетного кислорода.

Благодаря высокой окислительной активности, синглетный кислород вступает в химические реакции с биологическими структурами, запуская реакцию перекисного окисления липидов в клетке или околоклеточном пространстве. Деструкция биологических субстратов приводит также к образованию свободных радикалов, обладающих вторичным повреждающим действием на клетки.

Новые медицинские технологии с использованием фотодинамической терапии разработаны в разных отраслях медицины: офтальмологии, оториноларингологии, урогинекологии, оперативной дерматологии, косметологии, хирургии, в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии [4].

На данном этапе развития фотодинамической терапии невозможны фотохимические реакции  в тканях без фотосенсибилизаторов. В качестве фотосенсибилизаторов может выступать большое количество соединений: производные гематопорфирина, δ-аминолевулиновой кислоты, производные фталоцианинов, бензопорфиринов, бактериохлорофиллов, производные хлорина е6 [5].

Степень проникновения фотосенсибилизатора в ткани напрямую зависит от его концентрации. Однако, с повышением концентрации препарата повышается его токсичность. Селективность фотосенсибилизатора зависит от основного вещества, из которого изготавливается препарат. Кроме того, эксперименты показали, что деструкция тканей не происходит с той же селективностью, с какой происходит накопление сенсибилизаторов.

Представляет интерес поиск возможности проведения фотодинамической терапии в тканях без применения фотосенсибилизаторов, т.е. способа прямой генерации синглетного кислорода по следующей схеме:

1. 3O2 + hv → 1O2,

2. 1O2 + Substrate → Oxidation,

Известно, что максимальная проницаемость тканей находится в дальней красной и ближней ИК области 750 — 1500 нм. Кроме того, эксперименты показали, что максимальное поглощение кислорода происходит при облучении длиной волны близкой к 1270 нм.[6,7].

Цель

Изучение физических параметров наносекундного диодного лазера и сравнительная оценка фотохимических эффектов in vitro.

Материал и методы

В работе использовался разработанный нашей исследовательской группой наносекундный лазерный аппарат для медицинского применения с сенсорным дисплеем управления «Super SEB», сконструированный ООО «Лазерные хирургические технологии» (г. Москва) на основе полупроводниковых кристаллов,  имеющий основной (ИК) излучатель с длиной волны, примерно соответствующей максимуму поглощения кислорода (1273 нм). ИК-излучатель работает в стационарном режиме (мощность можно варьировать) и четырех переменных (мощность в каждом из них фиксирована). Излучение фокусировалось в оптическом световоде диаметром 500 мкм. Режимы излучения непрерывный и импульсный наносекундный, мощность излучения регулировалась от 0,05 Вт до 0,7 Вт.

Для регистрации синглетного кислорода использовались модельные среды - водные детергентные растворы ловушки синглетного кислорода 1,3 дифенилизобензофурана  (ДФИВФ). При взаимодействии с синглетным кислородом ДФИВФ образует бесцветную эндоперекись. Контроль за реакцией выделения синглетного кислорода осуществлялся с помощью спектрофотометра по выцветанию при лазерном облучении основной полосы поглощения ловушек при 412 нм. Для точности определения ответственности синглетного кислорода за убыль субстрата в раствор добавлялись тушители синглетного кислорода. Для освобождения растворов от растворенного кислорода проводили барботации растворов азотом.

Результаты

В результате исследований было установлено, что в стационарном режиме спектр излучения при продолжительной работе лазера смещается в длинноволновую сторону примерно с 1265 до 1280 нм. При этом спектр излучения лазера не зависел от установленного уровня мощности. В переменных режимах спектр излучения имеет ту же форму, что и в стационарном, но очень мало смещается при длительной работе (около 1275, может сдвигаться на 1-2 нм). (рис.1).

При использовании "переменных" режимов сигнал модулирован с частотой менее герца, т. е. обнаружены низкочастотные колебания сигнала. Осциллограф легко выявляет низкочастотную модуляцию с частотой 0,2 Гц. (рис.2).

В фотохимических экспериментах в качестве ловушки синглетного кислорода использован 1,3-дифенилизобензофуран. При освещении аеробных растворов ловушек лазерным излучением во всех режимах приводило разрушению ловушки (рис. 3).

Обсуждение

Проведенные эксперименты показали, что в импульсном  режиме лазерное излучение данного аппарата было примерно на 20% более эффективно, чем в непрерывном.

Заключение

Результаты данного исследования позволяют утверждать, что деструкция биологических тканей, богатых кислородом, в принципе, возможна под действием лазерного излучения с длиной волны 1270 нм. Конструирование лазерного аппарата, способного к работе в наносекундном импульсном режиме, позволяющем генерировать мощные короткие импульсы лазерного излучения, позволит повысить пиковую мощность светового потока без существенного нагрева тканей.

Литература

1.  Беликов А.В., Скрипник А.В. Лазерные биомедицинские технологии (часть 1): учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО 2008, 116.

2.   Шахно Е.А. Физические основы применения лазеров в медицине // С-Пб, Учебное пособие, 2012 – 129с.

3.    Генина Э.А. Методы биофотоники: фототерапия. // Саратов «Новый ветер», Уч. пособие, 2012- 119 с.

4.  Josefsen L.B., Boyle R.W. Photodynamic therapy: novel third-generation photosensitizers one step closer? Br J Pharmacol 2008; 154: 1—3.

5. Гейниц А.В., Сорокатый А.Е., Ягудаев Д.М., Трухманов Р.С. Современный взгляд на механизм фотодинамической терапии. Фотосенсибилизаторы и их биодоступность. Урология 2006; 5: 94—98.

6.  Красновский A.A., Дроздова Н.Н., Иванов A.В., Aмбарцумян Р.В. Активация молекулярного кислорода инфракрасным лазерным излучением в аэробных системах, не содержащих пигментов. Биохимия, 2003, 68, № 9,1178–1182.

7. Чунихин А.А., Базикян Э.А., Красновский А.А., Сырникова Н.В., Чобанян А.Г. Перспективы совершенствования малоинвазивных лазерных технологий в фотодинамической терапии стоматологических патологий / Российская стоматология, 2015. - №2. с. 70-74.

Рисунки

<p> Рисунок 1</p>
Спектр излучения лазера в импульсном режиме
<p> Рисунок 2</p>
Осциллограмма сигнала лазера в импульсном режиме.
<p> Рисунок 3</p>
Изменение оптической плотности ловушки в главном максимуме ее поглощения в зависимости от времени лазерного облучения.
5
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (1 голос)



Яндекс.Метрика