CC BY
10EsEiBs? ФИЗИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИИ
Оптическая моно-волоконная система для одновременной фотодинамической терапии и мониторинга концентрации фотосенсибилизатора для стереотаксических операций опухолей головного мозга
Кустов Д.М., Грачев П.В.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Е-mail: kustovdm@bk. ru
В нейрохирургии существует потребность проводить стереотаксические операции для лечения опухолей головного мозга глубокой локализации. Выбор способа лечения и применяемого к таким операциям оборудования затруднен, поскольку доступ к опухоли ограничен и осуществляется через отверстие малого диаметра. Злокачественные опухоли головного мозга, в особенности, мультиформная глиобластома, являются наиболее агрессивными и опасными новообразованиями, терапия которых затруднена в связи с их анатомической локализацией. Данные типы опухоли являются высокоинвазивными и характеризуются активной инфильтрацией злокачественных клеток в здоровую окружающую ткань, что является главным обстоятельством, ограничивающим эффективность доступных методов лечения. В настоящее время общим принципом лечения больных с опухолями головного мозга является комплексный подход, включающий хирургическое лечение, лучевую и химиотерапию. Однако, несмотря на совершенствование существующих методик улучшить результаты комбинированного лечения заболевания не удается, медиана выживаемости пациентов с мультиформной глиобластомой составляет 15 месяцев [1]. Одним из методов лечения является фотодинамическая терапия (ФДТ), позволяющая селективно воздействовать на каждую клетку опухоли с накопленным фотосенсибилизатором (ФС). Применение ФДТ позволяет повысить выживаемость пациентов без рецидива, средняя продолжительность жизни с недавно диагностированной глиобластомой и послеоперационной ФДТ составляет 19.6 мес [2, 3, 4]. Для наиболее эффективного проведения ФДТ необходимо осуществлять контроль за концентрацией ФС в тканях опухоли
8-10 декабря 2020 г.
непосредственно в точках облучения. Таким образом, для развития стереотаксических методов контролируемого лазерного воздействия на ткани опухоли была разработана оптическая моно-волоконная система доставки лазерного излучения и определения концентрации фотосенсибилизатора в биологическом объекте.
В качестве объектов исследования в экспериментах использовались оптические фантомы опухоли головного мозга с ФС хлорина Е6 (Себ) и протопорфирина 9 (Рр1Х). ФС в концентрациях 0; 0.5; 1; 2; 5; 10; 20 мг/кг смешивался с рассеивающей средой (1 % интралипид МЛТ/ЛСТ), итоговые растворы были разделены по пробиркам. Экспериментальная установка состояла из лазерного источника излучения с длиной волны в красном диапазоне спектра 635 нм, оптических волокон, фильтров, двух 8МЛ-портов с линзами для передачи сигнала с возможностью юстировки торца волокна относительно фокусирующей линзы, ССБ-камеры для регистрации флуоресцентного сигнала, светоделительного блока с дихроичным светоделителем. Дихроичный светоделитель использовался для разделения света от лазерного источника излучения к волокну для передачи излучения к биологическому объекту и передачи флуоресцентного сигнала от биологического объекта к ИК-камере для регистрации сигнала. Для передачи лазерного излучения и получения флуоресцентного сигнала от биологического объекта с ФС использовалось одно оптическое волокно с диаметром 600 мкм и торцевым направлением распространения лазерного излучения. Определение интенсивности флуоресценции проводилось по параметру яркости полученного сигнала. Сигнал флуоресценции зависел от положения детектирующего волокна относительно источника флуоресценции.
Проведена регистрация флуоресцентного сигнала на биологических объектах — оптических фантомах опухоли головного мозга с фотосенсибилизаторами Рр1Х и Себ с концентрациями 0; 0.5; 1; 2; 5; 10 и 20 мг/кг. Была проведена проверка полученных данных классическим многоволоконным спектроскопическим методом оценки концентрации фотосенсибилизатора. По полученным значением интенсивности флуоресценции сигнала чувствительность системы позволяет определить концентрацию фотосенсибилизатора от 0.5 до 20 мг/кг для Рр1Х и Себ. Оптическая моно-волоконная система доставки обеспечивает передачу лазерного излучения и
EsEiBs? ФИЗИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ
прием флуоресцентного сигнала одновременно по одному световоду. Данная система позволяет достичь значения плотности мощности лазерного излучения, необходимого для проведения ФДТ непосредственно в области диагностики.
Авторы выражают благодарность научному руководителю Лощенову В.Б. за значимые замечания и важнейшие советы при проведении исследования.
1. Thakkar J.P. et al. Cancer Epidemiology and Prevention Biomarkers. 2014, 23(10), 1985-1996.
2. Cramer S.W., Chen C.C. Frontiers in Surgery. 2019, 6, 81.
3. Muragaki Y. et al. Journal of neurosurgery. 2013, 119(4), 845-852.
4. Nitta M. et al. Journal of neurosurgery. 2018, 131(5), 1361-1368.
