CC BY
14
Е.В. Ярослвцева-Исаева, МА. Катан, ВН. Капинус, И.С. Спиченкова, А.М. Шубина, Е.В. Горанская, О А. Скугарева МЕТОДИКИ ФДТ
БАЗАЛЬНО-КЛЕТОЧНОГО РАКА КОЖИ Т3-4 ФГБУ МРНЦМинздравсоцразвития России, Обнинск
Несмотря на достаточно высокую эффективность терапии базально-клеточного рака кожи (БКРК), возникают сложности лечения образований более 5 см. С одной стороны, таких пациентов немного (в 2009 г. выявлено БКРК Т3 - 3,5 %, Т4 - 0,7 %), но их лечение часто требует применения комбинированных методов.
Цель исследования. Оценить эффективность методик фотодинамической терапии с фотосенсибилизатором Фотолон больных базально-клеточным раком кожи Т3-4.
Материалы и методы. С 2005 по 2010 г. провели лечение 32 больным, БКРК Т3 (n=25): первичных больных было 10, рецидивы - у 15. БКРК Т4 (n=7): первичные больные - 3, рецидивы - у 4. Использовали фотосенсибилизатор Фотолон (АО «Белмедпрепараты») в дозе 0,6-1,9 мг/кг. Методики: 1. Дистанционная фотодинамическая терапия (ФДТ) (n=19), количество сеансов от 2 до 6, Е=200-400 Дж/см2. 2 ФДТ в комбинации с интерстициальным облучением (ФдТ+ИФДТ) (n=5), использовали диффузоры длиной 1,0 и 1,5см, мощность излучения 150-200 мВт, время воздействия 15-25 мин.
3. ФДТ в комбинации с лучевой терапией, СОД=40Гр (ФДТ+ЛТ) (п=6). 4. ФДТ в комбинации с электрохимическим лизисом (ФДТ+ЭХЛ) (п=1).
Результаты. Полную регрессию БКРК Т3 наблюдали у 21 (84 %) пациента, частичную - у 4(16 %). У 6 из 25 пациентов (24 %) БКРК Т3 возник рецидив через 1-2,5 года после лечения, остальные наблюдаются от 6мес. до 5лет. Пациентам с частичной регрессией и выявленными рецидивами проведен повторный курс лечения, у 7 достигнута полная регрессия, наблюдаются без рецидива 1 год. Больным БКРК Т4 лечение проводили с паллиативной целью, у всех получена частичная регрессия, отсутствие прогрессирования в течение 6-8 месяцев. ИФДТ и ЭХЛ позволяет увеличить зону некроза опухоли и сократить сроки лечения. ФДТ в комбинации с лучевой терапией позволяет уменьшить дозу ЛТ и риски развития лучевых повреждений.
Выводы. Применение методик ФДТ БКРК Т3 позволяет достигнуть полной регрессии в 84 % случаев. Применение методик с паллиативной целью больным БКРК Т4 позволяет уменьшить размеры опухоли, замедлить сроки прогрессирования, улучшить качество жизни. Отсутствие побочных реакций и осложнений позволяет проводить повторные курсы ФДТ, использование в качестве фотосенсибилизатора Фотолон сокращает сроки соблюдения светового режима до 3 суток. Таким образом, применение методик ФДТ расширяет возможности оказания медицинской помощи больным БКРК Т3-4.
Рабочий семинар МНТЦ
Mikhail Berezin1, Walter J. Akers1, Samuel Achilefu1,2 OPTICALLY ACTIVE CONTRAST AGENTS IN MOLECULAR IMAGING OF CANCER
1 Department of Radiology
2Department of Biochemistry and Molecular Biophysics, Washington University School of Medicine, 4525 Scott Ave. St. Louis, MO; berezinm@mir.wustl.edu
The early diagnostics and accurate and rapid detection of tumor is of great importance for successful treatment of cancer. Optical imaging has at its disposal diverse contrast mechanisms for distinguishing normal from pathologic processes and tissues. The ability of modern optical techniques in conjunction with optically active contrast agents to image, differentiate and stage tumors as well as monitor the effect of therapy stimulated a great interest in using this technology for medical imaging. Deep tissue optical imaging methods such as based on fluorescence and photoacoustic modalities require near-infrared (NIR) agents absorbing and emitting at 700-900 nm.
Materials and Methods: Our laboratory is involved in the development of NIR tumor specific small molecules and nanoparticles probes. The optical core of the probes is based on cyanine dyes with functional groups for conjugation to biologically active molecules. These probes cover a great range of mechanisms from relatively simple tumor specific targeting constructs to enzyme activatable molecules. The examples of our studies include the design of tumor-avid NIR probes for targeting avb3 and somatostatin receptors overexpressed in tumor cells, caspase-3 and MMP activatable probes and others. We utilize fluorescence steady-state, fluorescence lifetime and photoacoustic imaging and their combinations to improve the contrast and enhance the resolution of the imaging.
Results and Conclusions: With the developed contrast diagnostic probes and optical techniques we were able to detect tumors and sentinel modes in mice and
rats tumor models. These examples demonstrate the potential of optical molecular probes for in vivo imaging of cancer.
Н.П. Ивановская, ГМ. Сухин, Н.С. Осин ДЛИТЕЛЬНО
ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИЕ МАРКЕРЫ И МЕТОДЫ РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ОПУХОЛЕЙ
ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения», Москва
Ранняя диагностика злокачественных новообразований является необходимой предпосылкой для успешного лечения рака. Флуоресцентная диагностика опухолей с использованием фотосенсибилизаторов порфиринового ряда является одним из наиболее перспективных направлений в этой области. Однако фотодинамическая активность металлопор-фиринов ограничивает их применение, что вызывает необходимость в разработке специальных приемов регистрации сигнала люминесценции для многократного снижения их концентрации для диагностических исследований.
Целью работы являлось создание инструментальных методов с использованием длительно лю-минесцирующих соединений класса металлопорфи-ринов, которые позволили бы снизить уровень ау-тофлуоресценции и многократно уменьшить концентрацию металлопорфиринов по сравнению с традиционными флуоресцентными диагностическими реагентами.
На мышиной модели ex vivo нами было исследовано биораспределение и кинетика накопления в различных органах и тканях платина-копропорфирина (Pt-КП) как в свободном виде, так и в виде его конъю-гатов с альфа-фетопротеином (АФП), маркером гепа-томы, и моноклональными антителами ICO-1 к лим-фоме Беркетта.
Использование высокочувствительной аппаратуры собственной разработки на основе флуори-метрии с временным разрешением (ФОСФАН, ИФИ-02) позволило надежно, с высоким контрастом диагностировать наличие опухоли при внутривенном введении препарата в концентрации 0,02 мкг/кг живого веса, что более чем в 1000 раз ниже максимально переносимой дозы [1].
Исследования подтвердили, что более целенаправленной доставке метчика (Pt-КП) в опухоль способствует его связывание с маркером опухоли.
В зависимости от размера и части исследованной опухолевой ткани люминесцентный контраст между ней и нормальной тканью составлял от 3 до 12 раз.
Полученные данные однозначно свидетельствуют о перспективности ранней диагностики эндоскопически доступных опухолей с использованием длительно люминесцирующих маркеров.
Работа поддержана МНТЦ, проект №3065
N.P. Ivanovskaya, G.M. Sukhin, N.S. Osin LONG-LUMINESCING MARKERS AND METHODS OF SURFACE TUMORS EARLY DIAGNOSTICS
Federal State Unitary Enterprise, State Research Institute of Biological Instrument-Making, Moscow
Early diagnostics of malignant neoplasm is an essential prerequisite for successful medical treatment of cancer. Porphyrin row photosensitizers - based fluorescent diagnosis of tumors is one of the most promising directions in this field.
But the usage of metalloporphyrins is limited by their high photodynamic activity. So, their harmful concentrations should be significantly decreased and specialized equipment capable of weak luminescent signals measuring should be created.
The purpose of this study was to create instrumentation based upon the use of metalloporphyrin group compounds with long-lasting luminescence that would allow the auto fluorescence level to be decreased and significantly lower concentrations of metalloporphyrins (as compared with routine diagnostic fluorescent reagents) to be measured.
Using mice model ex vivo we investigated plati-num-coproporphyrin (Pt-CP) bio-distribution and kinetics of its accumulation in various organs and tissues; Pt-CP was used both in a free form and as conjugates with alpha-fetoprotein (AFP), the marker of hepatome, and monoclonal antibodies ICO-1 to Burkitt's lym-
Ehoma. The use of time-resolved fluorometry-based ighly sensitive instrumentation developed by us (PHOSPHAN, IFI-02 scanner devices) provided reliable high contrast diagnostics of tumor at intravenous injection of Pt-CP preparation, 0.02 pg/kg of live weight, that was more that 1000 times as lower as maximal surviving dose.
Our investigations proved out that targeted tracer (PT-CP) delivery to tumors facilitates its binding with tumor markers.
Depending on size and portion of investigated tumor tissue the luminescent contrast between malignant and normal tissue was 3-fold to 12-fold.
Data obtained unanimously evidenced to future prospects of early diagnostics of endoscopically available tumors by use of tracers with long-lasting luminescence.
This work was supported by ISTC 's grant N3065.
В.Г. Певгов1, А.Г. Федотов1, А Ю. Барышников2, А .В. Иванов 2 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАНОЧАСТИЦ ПРЕПАРАТОВ В РАСТВОРАХ
1ООО «Лаборатория оптико-электронных приборов», Москва
2РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН, Москва
Цель исследования. Разработка методики и аппаратуры для контроля параметров наночастиц в жидких средах. Исследование классическими оптическими методами нанометровых объектов в видимом диапазоне длин волн крайне затруднено вследствие дифракционного ограничения. Это приводит к невозможности использования прямых оптических методов для измерения размеров наночастиц, однако оно не накладывает запрета на определение концентрации наночастиц косвенными методами, основанными на наличии рассеяния падающего излучения исследуемыми частицами.
Материалы и методы. Рассеяние света на диффундирующих частицах приводит к появлению соответствующих сдвигов в частоте рассеянного излучения. Характер распределения этих сдвигов определяется геометрическими параметрами диффундирующих частиц. Характерные сдвиги частот рассеянного излучения лежат в диапазоне от 1 Гц до 100 кГц. Метод динамического рассеяния света помимо оперативности и дешевизны проведения измерений позволяет сразу получать статистические распределения размеров исследуемых дисперсий. Большинство современных технологий получения наночастиц предполагают использование процессов в жидкостях. В этом случае предлагаемый метод органично встраивается в технологические цепочки, так как не требует длительных процедур подготовки пробы. Метод незаменим, когда необходимо исследовать нанообъек-ты, которые существуют только в виде растворов и взвесей. К таким нанообъектам относится большинство косметических средств и современных фармпрепаратов. В этом случае метод не имеет конкурентов.
Результаты. Созданы экспериментальные образцы оборудования и разработана методика измерения распределения наночастиц по размерам в растворах. Диапазон измеряемых размеров от единиц десяти тысяч нанометров. Проведены измерения распределения по размерам неорганических наночастиц (кварцевых наносфер, золотых, углеродных, ферритовых и ферромагнитных наночастиц), частиц органической природы (белки, белковолипидные комплексы, полимеры) и некоторых лекарственных форм препаратов (мицеллы, липосомы, фотосенсибилизаторы в растворах и их комплексы с амфифильными полимерами). Предложенная методика позволяет изучать процессы агрегации и дезагрегации соединений в растворах, полимеризации и комплексообразования.
Выводы. Динамическое рассеяние света - современный спектрально-оптический метод для нанотех-нологий, который может применяеться при исследовании как неорганических наночастиц, так и частиц органической природы, от макромолекул, белковых комплексов и специализированных нанокомпозиций до микроорганизмов. Разработанная аппаратура может использоваться на всех технологических этапах производства жидких форм лекарственных препаратов.
Работа выполнена частично при поддержке МНТЦ, проект № 3065, и при поддержке Министерства образования и науки РФ, ГК № 02.523.11.3020 от 11 ноября 2009г.
V.G. Pevgov/, A.G. Fedotov1, A. Yu. Baryshnikov2, A. V. Ivanov2 USE OF DYNAMIC LIGHT SCATTERING FOR CONTROL OF NANOPARTICLES 1IN SOLUTIONS
1JSC "Laboratory of optical and electrical devices", Moscow
2N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center RAMS, Moscow
Goal. Research of nanometer objects on visual wavelength scale by classical optical means is quite complicated due to diffraction limitations. This leads to impossibility of using direct optical methods for measuring nanoparticle sizes, but does not impose a prohibition on measuring concentration of nanoparticles by indirect means based on effect of scattering of incoming radiation by the particles undergoing research.
Method. Light scattering on diffusing particles leads to appearance of shifting in frequency of diffused radiation. Pattern of diffusion is defined by geometric parameters of diffusing particles. Peculiar shifts of frequencies of diffused radiation lie in between 1Hz and 100kHz. Method of dynamic light scattering, aside from effective speed and cheapness of measuring, allows to instantly obtain statistical distribution of sizes of researched dispersions. Majority of modern technologies of obtaining nanoparticles assume usage of multiple processes in liquids. In this case, the suggested method naturally fits into technological chains as it does not require any additional procedures for sample preparation. Method is invaluable when it is necessary to research nanoobjects that exist only as solutions and suspensions. Among such objects are the majority of modern cosmetics and pharmaceutical supplies. In this case, the method has no rivals.
Results. Experimental equipment prototypes were created along with methods of measuring nanoparticle distribution in solutions, according to size of particles. The scale of measured particles goes from ten thousand nanometers. Distribution of non-organic (quartz nano-spheres, golden, carbon, ferrite and ferromagnetic nanoparticles) and particles of organic origin (proteins, protein-lipid complexes and polymers), and several medical items (mycelums, liposomes, photosensitizers in solutions and their complexes with amphibyphilous polymers) were measured. Suggested method allows to study processes of aggregation and disaggregation of compounds in solutions, polymerization and forming of complexes.
Conclusions. Dynamic light scattering - is a modern spectro-optical method for nanotechnologies which can be used in research of non-organic both nanoparticles and particles of organic nature from macromolecule, protein complexes and specialized nanocompositions to microorganisms. Developed equipment can be used on all technological stages of production of liquid forms of medical supplies.
Job partially done with assistance of ISTC, project number 3065, and with support of Ministry of Science and Education of Russian Federation., State Contract number 02.523.11.3020 Year 2009 .November 11.
А.В. Перчик, В.Э. Пожар, Н.С. Власова АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ДИАГНОСТИКИ
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН (НТЦ УП РАН), Москва
Использование фотолюминесцентных методов анализа в медицине позволяет создавать новые методы и приборы для диагностики и лечения. Основными требо-
ваниями к таким приборам являются чувствительность, компактность, способность работать в разнообразных условиях. При этом получение временных характеристик люминесценции дает новую информацию об объекте и позволяет выделить слабый сигнал на фоне сильной засветки. Все сформулированные требования могут быть реализованы с помощью спектральных приборов на перестраиваемых акустооптических (АО) фильтрах. В рамках проектах 3065 МНТЦ по ранней люминесцентной диагностике рака в НТЦ Уникального приборостроения РАН был разработан АО спектрофлуориметр с временным разрешением (5 мкс). На этом приборе была продемонстрирована возможность отличать опухолевую ткань от здоровой мышечной ткани путем синхронной регистрации фотолюминесценции, вызываемой им-пульсно-периодическим лазером (532 нм, 20 мкДж/имп., 1000 имп./с) со временем накопления 1 с на спектр. При использовании в качестве фотолюминесцирующего вещества металлокомплекса Pt-копропорфирина III, который накапливается преимущественно в опухолевой ткани, порог обнаружения составлял 20 мкг/кг веса. Такое количество фотолюминесцирующего вещества является нетоксичным и нефототоксичным. Таким образом, этот прибор, имеющий волоконно-оптический вход, может служить прототипом прибора для ранней фотолюминесцентной диагностики эндоскопически доступных форм рака. В настоящее время в рамках Федеральной целевой программы «Кадры» (НК-716 П) ведется разработка действующего макета прибора, включающего в себя импульсно-периодический лазер (532 нм) и синхронизированный высококонтрастный двойной монохроматор на основе АОФ. Планируется создать мобильный прибор с гибким алгоритмом работы, который позволит подобрать оптимальные режимы работы и характеристики прибора.
Работа поддержана МНТЦ, проект №3065.
AlexeyPerchik, VitoldPozhar, NataliaVlasova
AOTF-BASED INSTRUMENT
FOR PHOTOLUMINESCENT DIAGNOSTICS
Scientific Technological Center of Unique Insrumenta-tion of RAS
Using of photoluminescent analytical methods in medicine makes it possible to create new methods and instruments for diagnostics and therapy. Basic requirements for these instruments are sensitivity, compact design, capability to operate in various conditions. And also, measurement of luminescent decay time provides new information about object and allows to select weak fluorescent signal against strong background illumination. All these requirements can be satisfied with use of spectral devices based on acousto-optical tunable filters (AOTF). In Scientific Technological Center of Unique Instrumentation there was developed AOTF-based spectral device operating in time-resolution mode (5 |is) for investigation aimed at early luminescent diagnostic of cancer (project 3065 funded by International Scientific Technological Center). It was demonstrated that instrument prototype is capable to distinguish tumour muscle tissue from normal one by synchronous detection of photoluminescence caused by pulse-periodic laser (532 nm, 20 |J/pulse, 1000 pulse/s) with accumulation time 1 s per spectrium. Detectable threshold was estimated as 20 |g/kg of weight with use of Pt-coproporphyrin III metal complex as photoluminescence agent, which is accumulated preferably in malignant tissue. Such dose is quite safe for organism regarding both toxicity and phototoxicity considerations. Therefore, this instrument having fiber-optic input can be regarded as prototype device for early tumour diagnostics of endoscope-accessible forms of cancer.
Now with support by Federal scientific program «Kadry» (NK-716P) it has been started development of new mobile device, which comprises pulse-periodic laser (532 nm) and synchronized high contrast double-AOTF monochromator. Variable and adjustable working algorithm suitable for AOTF control is being developed. It will provide opportunity for determining optimum operating mode and device characteristics.
This work was supported by ISTC's grant N3065.
В.Э. Пожар, В.И. Пустовойт, А .С. Мачихин ПЕРСПЕКТИВЫ
АКУСТООПТИЧЕСКОЙ ВИДЕОСПЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ДИАГНОСТИКИ В МЕДИЦИНЕ
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Москва
Фотолюминесцентные методы исследований все чаще применяются при диагностике и терапии раковых опухолей. При этом особое место отводится системам для анализа не только спектральных, но также и пространственных свойств объектов. Приборы, реализующие данный подход, выгодно отличает высокая информативность, чувствительность и способность работать в разнообразных, в том числе внелабораторных условиях. Системы регистрации спектральных изображений на основе перестраиваемых акустооптических фильтров (АОФ) не только в полной мере обладают данными свойствами, но также дают такие уникальные возможности, как произвольная спектральная адресация, программи-руемость и возможность передачи изображений в широком диапазоне длин волн (например, 0,40,7 мкм) практически без искажений. Кроме того, высокое спектральное (до 0,1 нм) и пространственное (до ~103 разрешимых элементов по каждой из коор-д3инат) разрешение, малое время перестройки (~10-3 с), чувствительность к поляризации света, компактность и отсутствие подвижных элементов делают данные приборы прецизионным и эргономичным инструментом для разнообразных медицинских исследований. Представляя собой автономный оптический элемент, АОФ может являться не только основой для создания новых приборов, но и встраиваться в оптические схемы различных уже существующих устройств. Например, известны системы на базе АОФ для микроскопических флуоресцентных исследований биомедицинских тканей, для обнаружения опухолевой ткани при введении в организм туморотропного фотолюминесцирующего вещества и других задач. В докладе приводятся схемы, варианты реализации и результаты, полученные данными приборами. В докладе приводится обзор существующих видеосистем на основе АОФ, а также описан разрабатываемый новый перспективный для применения в медицинских целях акустооптический эндоскопический видеоспектрометр, предназначенный для диагностики внутренних тканей и органов. Его основу составляет оптоволоконный зонд, содержащий как регулярно уложенное волокно для передачи изображения, так и нерегулярное волокно - для передачи света от внешнего широкополосного источника. Микрообъектив, установленный на дис-тальном конце зонда, проецирует изображение на торец волокна. Далее практически без искажений изображение передается по волокну, проходит через АОФ и фокусируется на матричный приемник излучения. Перестраивая фильтр, можно получить спектральное изображение внутреннего органа на задан-
ной длине волны. Введя в оптическую схему свето-делительный элемент, можно осуществлять одновременную регистрацию цветного «широкополосного» и спектрального (после АОФ) изображения. Благодаря развитым к настоящему времени технологиям производства волокна, обеспечивающего малое поглощение света (10-2) и достаточно высокое пространственное разрешение (103 волокон), эндоскопические спектрометры на основе АОФ могут стать эффективным инструментом для неинвазивной лю-минисцентной диагностики при бронхоскопи, гастроскопии, колоноскопии и других методах эндоскопических обследований.
Работа выполнена при поддержке МНТЦ, проект № 30665.
VitoldPozhar, VladislavPustovoit, AlexanderMachihin PROSPECTS OF AOTF-BASED SPECTRAL LUMINESCENT IMAGING IN MEDICAL DIAGNOSTICS
Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation RAS, Moscow
Photoluminescence methods are very promising for diagnostics and treatment of cancer tumors. Particularly interesting are the systems capable to analyse not only spectral, but also spatial object properties. Such spectral imaging systems have several very important advantages: high sensitivity and working capacity in different conditions even in out-of-lab environment. Spectral imaging systems based on acousto-optical tunable filters (AOTFs) not only possess all these properties, but also provide unique set of features such as arbitrary spectral access, programmability and image transmission with insignificant distortion in wide sp3ectra3l range. High spectral (~0.1 nm) and spatial (up to 10 x103) resolution, fast spectral tuning (~10-3 s), polarization sensitivity, compactness and absence of moving elements allows these systems to be precise and ergonomic tool for various medical research. As an autonomous optical element AOTF may be not only the base for new devices development but also can be integrated into optical schemes of existing systems. For example, there are AOTF-based imaging systems for microscopic fluorescence diagnostics of biomedical objects, detection of tumors after injection of photoluminescence substances and other applications. The report contains optical diagrams, device structure and obtained results. It is presented review of modern AOTF-based imaging systems and also it is described new type of AOTF-based imaging systems promising for biomedical applications.
This endoscopic spectrometer for spectral visualization of internal tissues and organs that is now being developed in STC UI RAS. It is based on the fiber-optic probe that contains regular-packed fibers for image transmission and fibers for illumination from external wide-band light source. Lens at the distal end of the probe projects image on the face edge of fiber probe.
Then image is transmitted through regular-packed fibers almost without distortion, goes through AOTF and is focusing on the video camera sensor. AOTF tuning allows to register spectral image at required wavelength. If split element is used it is possible to get simultaneously non-diffracted "white" image and spectral image.
Modern fiber-optic technologies provide high quality of probes, i.e. small light absorption and sufficiently high image resolution (thousands of fibers). Therefore, endoscopic AOTF-based imaging spectrometers may become effective tool for non-invasive luminescence diagnostics during bronchoscopy, gastroscopy, colono-scopy and other methods of endoscopic inspection.
This work was supported by ISTC 's grant N3065.
В.Д. Румянцева1, И.П. Шилов1, А .И. Панас1, В.М. Маркушев1, А.Ф. Миронов2, А.В. Иванов3,А.Ю. Барышников3 НЕФОТОТОКСИЧНЫЕ ИТТЕРБИЕВЫЕ МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСЫ ПОРФИРИНОВ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАРКЕРЫ ДЛЯ ИК-ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ДИАГНОСТИКИ РАКА
1 Институт Радиотехники и Электроники им. В А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал 2матхт им. М.В. Ломоносова, Москва 3РОНЦ им. НН. Блохина, Москва
Цель исследования. Разработка метода люминесцентной диагностики визуально и эндоскопичес-ки доступных форм рака в ИК-диапазоне спектра на основе нефототоксичных иттербиевых комплексов пор-фиринов.
Такие субстанции практически не генерируют синг-летный кислород и в то же время имеют высокие люминесцентные характеристики при сохранении тумо-ротропных свойств терапевтических фотосенсибилизаторов (ФС).
Материалы и методы. Нами синтезированы Yb-комплексы октабром- и пентафторфенил-, тетрапиразо-лил-замещенных порфиринов наряду с традиционными комплексами тетраарил-порфиринов и природными порфиринами, а также изучены их электронные и люминесцентные спектры.
Измерения спектров поглощения синтезированных комплексов проводили на спектрофлуориметре LS-5B, Perkin Elmer.
Изучение люминесцентных и временных характеристик Yb-комплексов осуществлялось на стробоскопическом экспериментальном измерительном стенде, разработанном в ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН.
Исследование фармакокинетики водорастворимой дикалиевой соли Yb-2,4-диметоксигематопорфирина IX в организме интактных могшей и мышей-опухоленосите-лей проводилось на мышах-самках линии Balb/C с привитой под кожу правого бока саркомой 37.
Исследования люминесцентного диагностического контрастного индекса (ЛДКИ) проводились на макетном волоконно-лазерном онкофлуориметре.
Эксперименты осуществлялись на мышах-самках с привитой опухолью Льюис при дозах препарата на уровне 0,01-10мг/кг веса.
Результаты. Было показано, что все иттербиевые комплексы порфиринов обладают узкой и достаточно яркой линией люминесценции, которая находится в диапазоне 975-985 нм, где собственная люминесценция биотканей практически отсутствует.
Установлено, что среднее время жизни люминесценции для синтезированных нами Yb-металлокомп-лексов порфиринов, составляет 5-20 мксек.
При этом для дикалиевой соли Yb-2,4-димето-ксигематопорфи-рина IX достигнут высокий уровень ЛДКИ и накопления в опухоли.
Было показано, что ЛДКИ опухоль/мышца для этой субстанции при дозах 0,5-1,0 мг/кг достигал значений вплоть до 10,0.
Следует также отметить, что кожные реакции при вводимых дозах субстанции на уровне 0,5-1,0 мг/кг минимальны (ЛДКИ опухоль/кожа составлял 7-10).
Заключение. Разработан метод и экспериментальное оборудование для люминесцентной диагностики визуально и эндоскопически доступных форм рака в ИК-диапазоне спектра на основе нефототоксичных иттербиевых комплексов порфиринов.
Работа поддержана МНТЦ, проект №3065.
V.D. Rumyantseva1,1.P. Shilov1, A.I. Panas1, V.M. Markushev1, A.F. Mironov2, A.V. Ivanov3, A. Yu Baryshnicov3 NON-PHOTOTOXIC YTTERBIUM METAL COMPLEXES OF PORPHYRINS AS PERSPECTIVE MARKERS FOR IR-LUMINISCENT CANCER DIAGNOSTICS institute of Radioengineering and Electronics named after V. A. Kotel'nikov ofRAS, Frjazino department 2M. V. Lomonosov State Academy of Fine Chemical Technology, Moscow
3N.N.Blokhin Russian CRC of RAMS, Moscow
Purpose. Development of luminescent diagnostics method of the visually and endoscopically reachable tumors in the IR-spectral range on the base of non-phototoxic ytterbium complexes of porphyrins. Such substances practically do not generate singlet oxygen and at the same time have high luminescent characteristics and retain the tumor-tropic properties of the therapeutic photosensitizers (PSs).
Materials and methods. We synthesized Yb-comlexes of octabrom- and pentafluorinephenyl-, tetrapyrazolyl-substituted porphyrins along with traditional complexes of tetraaryl-porphyrins and several natural porphyrins and also have studied their electronic and luminescent spectra. Measurement of synthesized complexes absorption spectra was performed at spectrofluorimeter LS-5B, Perkin Elmer. Study of luminescence and temporal parameters of Yb-metal-complexes was carried-out at experimental measuring stroboscopic test-bench prototype developed in IRE RAS. Investigation of pharmacokinetics of Yb-2,4-dimetoxygematoporphorin IX water soluble dipotassium salt in intact mouse organism and mice-tumorcarriers were held.on mice-females of Balb/C line with under skin right side implanted 37 sarcoma.
The investigations of the luminescent diagnostic contrast index (LDCI) were carried-out at prototype fiber-laser oncofluorometer (FLOF). Experiments were performed on female mice with implanted Lewis tumour under medication doses at the level 0,01-10mg/kg.
Results. It was demonstrated that all ytterbium complexes of porphyrins possesses narrow and quite bright luminescence line, which located in the range 975-985 nm, where biotissues auto- luminescence is practically absent. It is ascertained that average lifetime for Yb-metal-complexes, synthesized by us, amounts to 5-20 ^s. High level of the luminescent contrast and tumor accumulation for Yb-complex 2,4-dimetoxyhematoporphyrin IX water soluble dipotassium salt were achieved. It was shown that tumour/muscle LDCI for this substance in medication doses interval 0.5-1.0 mg/kg reached about 10.0. It should also be noted that skin reactions under doses 0.5-1.0 mg/kg are minimum (LDCI of tumour/skin is at the level 7-10).
Conclusions. Method and experimental equipment for luminescent diagnostics of the visually and endoscopically reachable tumors in the IR-spectral range on the base of non-phototoxic ytterbium complexes of porphyrins were developed.
This work was supported by ISTC 's grant N3065.
В.Д. Румянцева1, Н.В. Рощина1, Л.Д. Федорова1, А.Ф. Миронов1, В.М. Маркушев2, И.П. Шилов2 СИНТЕЗ
И СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИТТЕРБИЕВЫХ КОМПЛЕКСОВ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ТЕТРААРИЛПОРФИРИНОВ
Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова 2Институт радиотехники и электроники им. В А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал
Цель работы. Амфифильные молекулы порфи-ринов, содержащие гидрофобные и гидрофильные группы, показывают лучшее селективное накопление в опухоли, особенно, если полярные и неполярные группы расположены несимметрично.
Материалы и методы. Нами синтезированы различными способами мезо-арилзамещенные пор-фирины, содержащие три метоксикарбонилфениль-ные группы, а в качестве четвертого заместителя взяты либо 4-гидроксифенильный и 4-гидрокси-3-метоксифенильный радикалы, либо изомерные 3- и 4-пиридильные остатки. Исследовано влияние условий проведения реакций на количественное соотношение продуктов реакций и выходы целевых соединений. За счет модификации гидроксильной группы получены простые эфиры с монометиловым эфиром триэтиленгликоля и 1,4-дибромбутаном. Получены N-метилпиридильные производные изомерных мо-нопиридилпорфиринов. Триметиловые эфиры щелочным гидролизом были превращены в соответствующие трикислоты. Затем на основе как триэфи-ров, так и трикислот были приготовлены соответствующие гидрофобные и гидрофильные иттербиевые комплексы несимметричных порфиринов. Электронные спектры записывали на спектрометре Jasco 7800 (Япония). Спектры флуоресценции Yb-комп-лексов измеряли в ближней ИК-области.
Результаты. Изучение спектров люминесценции и кинетики затухания Yb-металлопорфиринов в ДМСО показало, что времена жизни для триэфиров в 3-5 раз выше, чем в случае соответствующих трикислот.
Заключение. Эти соединения могут служить маркерами в люминесцентной диагностике злокачественных опухолей.
Работа выполнена при поддержке гранта МНТЦ № 3065
V.D.Rumyantseva1, N. V.Roshchina1, L.D.Fedorova1, A.F.Mironov1, V.M.Markushev2,1.P.Shilov2 SYNTHESIS
AND SPECTRAL CHARACTERISTIC OF YTTERBIUM COMPLEX 1ASYMMETRIC TETRAARYLPORPHYRINS
1Lomonosov Moscow State Academy of Fine Chemical Technology
2Kotel'nikov Institute of Radioengineering and Electronics RAS, Russia, Fryazino department
Purpose. Amphipath molecules of porphyrins, containing hydrophobic and hydrophilic groups, show the best selective accumulation in tumor, especially, if polar and unpolar groups are located asymmetrically.
Materials and methods. We have synthesized by various methods meso-arylsubsistent porphyrins, having three methoxycarbonylphenyl groups, and with whether 4-hydroxyphenyl and 4-hydroxy-3-methoxyphenyl radicals whether isomeric 3- and 4-pyridyl tailings as fourth subsistent. Influencing of conditions, at which the reac-
tions are carried out, on quantitative proportion of products of reactions and yields of aimed compounds have been researched. Esters with monomethyl ester of triethylenglicol and 1, 4-dibrombutane have been obtained by modification of hydroxyl group. N-methyl-pyridyl derivatives of isomeric monopyridylporphyrins have been received.
Trimethyl esters were converted in appropriate tri-acids by basic hydrolysis. Then on basis both trimethylesters and tri-acids appropriate hydrophobic and hydrophilic ytterbium complexes of asymmetric porphyrins have been prepared. UV-Vis spectra were obtained on spectrometer Jasco 7800 (Japan). Luminescent spectra were recorded in near IR-region.
Results. Studying of luminescent spectrum and kinetic of fadings of metalloporphyrins in DMSO showed that lifetimes for tri-esters higher in 3-5 times, then for appropriate tri-acids. It is likely, that this phenomenon is caused by founding hydrogen bonds of acids and electronodonor tailings in solutions.
Conclusions. These compounds would to be markers in luminescent diagnostic of malignant tumors.
This work was funded by ISTC foundation (project 3065).
DavidL. Cedeño1, Viviana M. Taylor0,
Diana L. Muñoz2, Sara M. Robledoo,
Marjorie A. Jones1, Timothy D. Lash1, Iván D. Vélez2
PHOTODYNAMIC THERAPY
OF CUTANEOUS LEISHMANIASIS
department of Chemistry, Illinois State University
Normal, IL USA..
oUniversidad de Antioquia, PECET-School of Medicine, Medellin, Colombia.
Background. Leishmaniasis is a disease caused by the infection of macrophages and other phagocytes by parasites of the genus Leishmania. Leishmaniasis affects more than 12 million people around the world, although it is estimated than 300 million people are at risk in 88 countries around the world. Leishmaniasis manifest clinically as cutaneous, mucocutaneous and visceral. The first two are non-lethal but affect dermal and mucous tissue that causes disfiguring scars. Visceral leishmaniasis is 100% lethal if untreated. Current treatment relies heavily on toxic pentavalent antimonial compounds that also require clinical care for a month. Parasites have also become resistant to this medication. Alternatives such as amphotericin B and paromomycin are also toxic and expensive. Therefore, there is a need for alternative treatments that would be less toxic and cheaper. Photo-dynamic therapy treatment of cutaneous and mucocuta-neous leishmaniasis has been approached as such alternative by some groups around the world including us.
Materials and Methods. Carbaporphyrin diethyl and dimethyl ketals as well as monoacenaphthoporphy-rin and diacenaphthoporphyrins were used as photo-sensitizers. These compounds show potential as photo-sensitizers for photodynamic therapy based on their formation of reactive oxygen species. Both solutions and liposomal formulations of the compounds were used in the in vitro assays. Dark cytotoxicity and photoinduced toxicity were evaluated in U937 promonocytes and hamster peritoneal macrophages. In vitro effectiveness of the compounds was determined against axenic and intracellular amastigotes of Leishmania species that causes cutaneous and mucocu-taneous leishmaniasis in the Americas. The compounds were also tested in vivo using the golden hamster model for cutaneous leishmaniasis.
The photodynamic effect was evaluated by exposing cultures and animals to visible light from fluorescent lamps.
Results and Conclusion. Compounds tested in vitro are effective against axenic and intracellular parasites in the dark, but as expected they are more effective when cultures were exposed to 2 h and 4 h of visible light per day. Effectiveness (EC50) of carbaporphyrin dialkyl ketals against axenic amastigotes was in the 0.2-1.3 uM range against L. amazonensis and L. panamensis when cultures were exposed for 2 h of visible light, but L. infantum was more resistant (EC50 > 8 uM) under the same conditions. Liposome formulations of the compound improved the effectiveness, particularly on L. infantum, where the EC50 went down to 4.3 uM. Acenaphthoporphyrins were less effective (~ 5-10 uM) under the same conditions. Compounds were less effective against intracellular parasites of L. amazonensis (20-30 uM for acenaphthoporphyrins and 10-15 uM for carbaporphyrin ketals). All compounds tested were not selective towards U937 cells, but some promising selectivity was shown when hamster peritoneal macrophages were used (CL50 ~ 200 uM for carbaporhy-rin dialkyl ketals and ~40 uM for acenaphthoporhyrins). The in vivo experiments were quite promising, as all animals involved in the assays showed healing within 15 days after treatment and >90% of animals were completely healed after 50 days of treatment.
A.Б. Соловьева1, Н.А. Аксенова1, Н.Н. Глаголев1,
B.В. Кардумян1, А.И. Иванов2 ВОЗМОЖНЫЙ МЕХАНИЗМ ВЛИЯНИЯ АМФИФИЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
НА ФОТОДИНАИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ФОТОСЕНСИБИЛИЗАТОРОВ 1ИХФ им. Н.Н. Семенова РАН, Москва 2РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН, Москва
Ранее было показано, что низкотоксичные амфи-фильные полимеры, в том числе, поли-4-винилпирро-лидон (ПВП), полиэтиленоксид (ПЭО) и плюроник F127 способны увеличивать активность ПФС, снижая при этом используемые дозы препарата, при фотодинамическом воздействии на опухолевые клетки и опухоли поверхностной локализации у крыс, а также при фотодинамической терапии гнойных ран [патенты РФ №2314806, 2008, 2396994, 2010].
Особенности воздействия полимеров на активность ПФС в процессе фотогенерации синглетного кислорода можно проводить в модельных условиях в реакции фотоокисления триптофана.
Целью данной работы было исследование влияния ПВП, ПЭО и плюроника F127 на фотокаталитическую активность водорастворимых ПФС разной природы в реакции фотоокисления триптофана.
В качестве фотосенсибилизаторов использовали N-метил-ди-Б-глюкаминовую соль хлорина е6 (фотоди-тазина, ФДН) (производство ООО «Вета-Гранд», Россия), динатриевую соль 2,7,12,18-тетраметил-3,8-ди(1-метоксиэтил)-13,17-ди(2-оксикарбонил этил) порфи-рина (димегин, ДМГ) (синтезирован в Институте медицинской и биологической химии РАМН д.х.н. Пономаревым Г.В.) и {5,10,15,20-тетракис[4-(1-карба-клозо-додекарборан-1-ил) тетрафторфенил] порфи-рин)} в виде его цезиевой соли (ТФФП) (синтезирован в ИНЭОС РАН д.х.н. Ольшевской В.Н.).
В работе были определены квантовые выходы фю2 фотогенерации синглетного кислорода в присутствии ДМГ. Оказалось, что введение плюроника в раствор порфирина в Б20 повышает фю2 на 20%. С повышением ф1о2, очевидно, связано наблюдаемое увеличение константы скорости фотоокисления гистидина в Б20 в присутствии ДМГ при добавлении плюроника.
Введение амфифильных полимеров в реакционные системы, содержащие ДМГ, ФД и ТФФП, приводит к увеличению скорости реакции фотоокисления триптофана в воде. Наиболее сильное влияние на константы скорости фотоокисления вызывает добавление ПВП, который обладает, очевидно, лучшей способностью к связыванию с ПФС. Известно, что ПВП взаимодействует с рядом ароматических соединений - аминами, красителями, имеющими отрицательный заряд. Поскольку молекулы исследуемых порфиринов содержат гидрофобное порфиновое ядро и периферийные гидрофильные кислородсодержащие группировки, то, очевидно, взаимодействие ПФС с ПВП происходит наиболее эффективно.
Таким образом, совокупность представленных данных позволяет предположить, что в присутствии ам-фифильных полимеров в водных средах происходит разрушение ассоциатов порфириновых молекул благодаря образованию комплексов полимер-ПФС. Такое разагрегирование ПФС приводит к росту их фотокаталитической активности в процессах генерации 1О2 и окисления субстратов.
В данной работе также обнаружено, что активность системы ФДН-АП-ГА в фотогенерации 1О2 зависит от механизма связывания ПФС наночастицами ГА, природы полимера и экстремально зависит от содержания ГА в системе. Показано также, что размер наночастиц ГА после иммобилизации комплексов практически не меняется.
Оказалось, что при введении на 1 мас.часть (м.ч.) фотодитазина и 6 м.ч. полимера 10-3 м.ч. гидроксиа-патита каталитическая активность ПФС возрастает на 30-40 % в модельной реакции фотоокисления триптофана. При дальнейшем увеличении содержания ГА в системе активность фотодитазина уменьшается.
Такое возрастание, возможно, связано со стабилизацией в результате иммобилизации на наночастицах ГА наноразмерных агрегатов ФДН, поскольку с ростом размеров агрегатов порфириновых фотосенсибилизаторов в растворе их активность в растворе уменьшается.
A.B. Solovieva1, N.A. Aksenova1, N.N. Glagolev1, V.V. Kardumyan1, A.I. Ivanov2 PROBABLY MECHANISM OF AMPHYPHYLIC POLYMERS INFLUENCE 1ON SENSITIZERS PHOTODYNAMIC ACTIVITY 1N.N. Semenov Institute of Chemical Physics, RAS, Moscow 2N.N. Blokhin Russian CRS of RAMS, Moscow
We had studied the influence of immobilized complexes AP-PD of singlet oxygen (*О2) photogeneration efficiency in model tryptophan photooxidation process and in PDT of rat's gunshot wounds and of complicated patient burns.
Previously it has been shown that some of AP can increase the porphyrin photosensitizing activity in PDT of lab rat's cancer cells and surface tumors. In present experiments we find out the dependence between the PD-AP-HA system activity in 'О2 generation and PD-HA binding mechanism, AP structure and mostly from HA quantity in system.
Also we had demonstrated that there was no significant change in HA size after complex PD-AP immobilization. It's turned out that catalytic activity in tryptophan oxidation have increased in 30-40% after introduction of 1 PD max part (mp), 6 AP mp, 10-3 HA.
The Pd activity was been reduced after further increase of HA concentration in system. Such increase can be connected with stabilization effect resulted from PD aggregate immobilization of HA nanoparticles.
ТЕЖСЫ РАБОЧИМ СЕМИНАР МНТЦ 81
А.Б. Соловьева1, П.И. Толстых2 А А. Сорокатый2, A.B. Solovieva1, P.I. Tolstykh2, A.A. Sorokaty2, Н.Н. Глаголев1, АИ. Иванов3, ГИ. Исмаилов2 N.N. Glagolev1, A.I. Ivanov3, G.I. IsmailoV2 ФДТ ОБШИРНЫХ ГНОЙНЫХ РАН PHOTODYMANIC THERAPY И ОЖОГОВ С КОМПЛЕКСАМИ OF INTRACTABLE PURULENT WOUNDS АМФИФИЛЬНЫЙ ПОЛИМЕР - AND BURNS ПОРФИРИН, ИММОБИЛИЗИРОВАННЫМИ WITH PHOTODITAZINE-POLIMER НА НАНОЧАСТИЦАХ ГИДРОКСИАПАТИТА COMPLEX IMMOBILIZED Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова ON HYDROXYAPATITE NANOPARTICLES РАН, Москва; anna@polymer.chph.ras.ru 1SemenovInstitute of Chemical Physics, RAS, Moscow; 2ФГУГНЦлазерной медицины ФМБА РФ, Москва anna@polymer.chph.ras.ru. 3РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН, Москва 2State Scientific Center of Laser Medicine, Federal Medical Biological Agency RF, Moscow Проблема лечения обширных гнойных ран мяг- 3N.N. Blokhin Russian CRC of RAMS, Moscow ких тканей остается трудноразрешимой проблемой, поскольку существующие средства не способны Curing of soft tissues pyoinflammatory diseases стимулировать в достаточной степени процессы ре- remains a topical problem today in spite of significant генерации, в связи с изменением в настоящее время advances of clinical medicine and pharmacology be-структуры возбудителей гнойных осложнений. cause drug treatment on different stages of wound Для лечения ран, сформировавшихся после хирур- process is not always successful. There are many anti-гической обработки гнойного очага, в последнее вре- bacterial and wound healing agents but they do not мя применяют лазерную и фотодинамическую тера- stimulate the processes of regeneration adequately due пию (Толстых П.И., Иванян А.В., Дербенев В.А. и др. to the changes of suppurative complication disease-Практика эффективного использования лазерного producing factors in modern time. Generally, anti-излучения в медицине. М., Издательство СМГА, 1995, infective activity of preparations used is not sufficient. С. 28.). Суть метода фотодинамической терапии Of late years for therapy of wound formed after suppu-(ФДТ) заключается в использовании фотосенсибили- rative focus surgical d-bridement the laser and photo-заторов, веществ, способных накапливаться в патоло- dynamic therapy (PDT) is applied. Photodynamic ther-гических тканях и при облучении светом катализиро- apy is based on the photosensitization (PS) activation вать в них процессы выработки синглетного кислоро- of molecular oxygen. да. Основные недостатки фотодинамической терапии Under the action of light, PS is getting excited and обусловлены необходимостью использования высо- transfer the molecular oxygen dissolved in the organ-ких доз лекарства, приводящих к ряду побочных эф- ism to its chemically active singlet state. The singlet фектов, в частности, к длительной фототоксичности и oxygen oxidizes cell components and initiates a cas-высокой стоимости лечения. Ранее было показано, cade of processes resulting in the death of the ill cells. что нетоксичные амфифильные полимеры (АП), в Recently, photodynamic therapy (PDT) has been used частности, поливиниловый спирт (ПВС) и плюроник for the treatment of festering wounds and trophic ulcers F127 способны увеличивать активность ПФС (в том (P.I. Tolstih., A.V. Ivanyan, V.A. Derbenev et.all. The числе фотодитазина), снижая при этом используемые practice of effective use of laser in medicine. Moscow, дозы препарата, при фотодинамическом воздействии Publishing house SMGA, 1995, p. 28.). An important на опухолевые клетки и опухоли поверхностной ло- advantage of PDT is its ability to affect bacterial cul-кализации у крыс, а также при фотодинамической tures that are resistant to antibiotics. However the use терапии гнойных ран (патенты РФ №2314806, 2008, of PDT once does not usually guarantee a stable anti-2396994, 2010). septic effect and can not prevent an external infection В данной работе показана эффективность ис- of wounds. In addition the use of PDT is restricted by пользования полимерных композиций на основе PS phototoxicity, which holds up for a long time (up to комплексов диглюкаминовой соли хлорина е6 (фо- two weeks). This is why the problem of reducing of PS тодитазин, ФД) с амфифильными полимерами, им- dosage is very important. Recently we found out that a мобилизованных на наночастицах гидроксиапатита local introduction of complexes of PS with amphiphilic (ГА) в ФДТ трудно заживающих ран и ожогов. polymers (AP), in particular, polyvinyl alcohol, could Показано, что при ФДТ с использованием им- significantly, by an order of magnitude, increase the мобилизованных на ГА комплексов ФД-АП облас- PDT efficiency by the PD-treatment of tumors of labo-ти патологического очага происходит ускоренное ratory animals and of wounds of patients. In this case, очищение ран от раневого детрита и уменьшение lower PS concentrations can be used. Besides the use микробной обсемененности, наблюдается ускоре- such complexes in the form of gel allows to carry out ние перехода воспалительной фазы раневого про- the PD-treatment many times. In this case, lower PS цесса в репаративную и значительное (на 7-9 суток) concentrations can be used. Besides the use such com-сокращение сроков заживления по сравнению с plexes in the form of gel allows to carry out the PD-традиционным методом лечения и с ФДТ с исполь- treatment many times. (Russian patents №2314806, зованием холосенса и ФД в составе коммерческого 2008, 2396994, 2010) геля. Системы ФД-АП-ГА оказались эффективнее In this paper we had shown the efficiency of chlo-обычно используемых при ФДТ гнойных ран холо- rine e6 diglucamin salt (photoditazine, (PD)) with am-сенса и фотодитазина в форме геля, возможно, как phiphilic polymers (AP) complex immobilized on hy-за счет стабилизации мономерных форм ФД, иммо- droxiapatite (HA) nanoparticles in photodynamic ther-билизованных на наноразмерном ГА, так и в связи apy (PDT) of intractable purulent wounds and burns. с уменьшением микробной обсемененности ране- In PDT experiments with PD-AP-HA complex in вой поверхности и стимуляцией процессов репара- purulent focus starts speeded up wound cleansing from ции в присутствии наночастиц ГА. detritus and decreasing of microbial semination followed by rapid transition of inflamed to restorative Работа выполнена при поддержке Российского phase. Obviously traditional purulent wound healing Фонда фундаментальных исследований, проект 10- normally takes 7-9 days longer comparing with method 02-00381. described above.
№ 1/том 10/2011 РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
It turn out that PD-AP-HA complexes became effective than holosens and PD usually applied in PDT in gel form. It could happened because of PD monomer form is stabilized by immobilization on nanoparticles. In addition HA nanoparticles has some bacillicidal properties and may reduction of microbial semination of wound surface and stimulate of repatriation process.
In this work we investigated the activity of such PD-AP-HA systems in PDT of patients with thermal burns in Burn Center of Grozny. The use of this system was decreased the time of treatment to a marked degree.
The work is supported by Russian Foundation for Basic Researches (grant 09-03-12-252)
A. Rühm1, G. Palte1, W. Göbef, J. Herms3, M. Götz4, H Stepp1, R. Sroka1 FIBRE-BASED FLUORESCENCE PROBES FOR THE QUANTITATIVE STEREOTACTIC MEASUREMENT OF PHOTOSENSITIZER CONCENTRATION AND BLOOD VESSEL DETECTION IN NEUROSURGERY
1Laser-Forschungslabor,, LIFE Center, University Hospital of Munich, Munich, Germany 2Karl Storz GmbH, Tuttlingen, Germany 3Department of Neuropathology, University of Munich, 4Munich, Germany
4MRC Systems GmbH, Heidelberg, Germany
Within the collaborative NEUROTAX project funded by BMBF we are investigating possible technical solutions for the quantitative interstitial measurement of the protoporphyrin IX (PpIX) fluorochrome concentration in human brain tissue and the detection of indocyanine green (ICG) fluroescence in blood vessels via optical fiber based fluorescence probes.
This should enable a safer and better targeted biopsy in clinical brain tumor diagnostics. PpIX is synthesized by actively proliferating cells after administration of 5-ALA, which renders the PpIX concentration in tissue an important indicator in the detection and staging of glioblastoma tumors. PpIX fluorescence peaks at about 630 nm and can most effectively be excited at about 410 nm.
ICG, on the other hand, circulates in the blood vessels, and an early detection of ICG fluorescence would help to avoid blood vessel puncture during stereotactic interventions. ICG fluorescence peaks at 830 nm and can most effectively be excited at 810 nm.
We are studying and comparing different fiber-based probe concepts for the above purposes, including singlefiber, double-fiber (Hull), multiple-fiber (Müller) and FDPS (fluorescence differential path-length spectroscopy) concepts.
One essential criterion in this comparison is the independence of the obtained PpIX fluorescence yield (for fixed PpIX concentration) from the optical tissue parameters (i.e. the absorption and scattering coefficient), since these optical parameters may strongly vary from region to region and from patient to patient.
After determining the physiologically relevant optical parameter range, the best, i.e. most parameter-independent results were so far obtained using the Hull concept.
The FDPS concept is still under investigation. In the case of blood vessel detection, special two-fibre probe geometries, for example non-parallel fiber end sections, are being investigated with the aim to increase the distance ahead of the distal end of the optical fiber at which blood vessels can already be detected.
One obstacle that has to be overcome here is the strong background from the capillary bed.
Michael Fedorov, Adrian Rühm, Ronald Sroka, Herbert Stepp DEUTSCH-RUSSISCHER KOOPERATIONSVERBUND BIOTECHNOLOGIE 2011 - 2013: BILATERALE ANGEWANDTE MEDIZINISCHE FORSCHUNG. Laser-Forschungslabor, LIFE-Zentrum, Klinikum der Universität München, Marchioninistr. 23, 81377, München, Deutschland
Ziel des Verbundprojektes Deutsch-Russischer Kooperationsverbund Biotechnologie 2011 - 2013 ist die Vernetzung der beteiligten russischen und deutschen Wissenschaftler, Ärzte und Industriepartner im Bereich der klinisch orientierten biotechnologischen und biophotonischen Anwendungen. Eine solche Kooperation hat eine entscheidende Bedeutung bei der Entstehung marktorientierter klinischer Produkte, denen gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zugrunde liegen. Um das Ziel dieses Projektes zu erreichen ist es erforderlich, ein Netzwerk zum Themenschwerpunkt Medical Research (speziell Clinical Research) zu gründen.
Zusammen mit den Verbundspartnern erfolgt eine Suche und strategische Analyse potentieller Netzwerkmitglieder, die nach Aufnahme im Verbund durch das Management des Netzwerkes nachhaltig strukturell vernetzt werden. Ein Austausch von Wissenschaftlern und Ärzten aus den beiden Ländern fördert den Entwicklung, und Ausbau des Netzwerkes und den Technologietransfer.
Drittmittelfinanzierte Kooperationsprojekte zwischen deutschen und russischen Partnern werden angebahnt und die Fördermöglichkeiten werden ausgesucht. Die bereits bestehenden nationalen Vernetzungen der einzelnen Partner werden im deutsch-russischen Kooperationsverbund integriert und dadurch internationalisiert.
Die Biophotok ist eine weltweite Wachstumsbranche und stellt ein hohes Potential zukunftsträchtiger Wirtschaftsbeziehungen zwischen Deutschland und Russland dar. Die klinische Anwendung der biophtoni-schen Entwicklungen stellt dabei eine wichtige Komponente für diese Beziehungen dar. Strategische Partnerschaften, insbesondere mit Unternehmen und Institutionen aus Russland, können vor allem für kleine und mittlere Unternehmen einen wichtigen Beitrag zum Erhalt und Ausbau der internationalen Wettbewerbsfähigkeit leisten. Durch die Anwendung neuer diagnostischer und therapeutischer biophotonischer Methoden (z. B. PDT, Fluoreszenzdiagnostik und thermische Laseranwendungen) im klinischen Alltag können Bereiche der personalisierten Medizin erarbeitet werden. Dies gelingt durch die nachhaltige Vernetzung der Industrie- und Forschungspartner aus Russland und Deutschland.
Die wirtschaftliche und wissenschaftliche Komponente der Deutsch-Russischen Kooperation besteht in der Bereitstellung marktfähiger innovativer Produkte in beiden Ländern. Dieses soll ein konkreten Beispiel der gemeinsamen klinischen Forschung in der Onkologie verdeutlicht worden. Das LaserForschungslabor ist eine fach- und standortübergreifende, klinisch-orientierte Einrichtung der LMU-München. Als Bestandteil des Klinikums der Universität München, entwickelt das Labor innovatives Equipment für Laseranwendungen und hat ein sehr großes therapeutisches und diagnostisches Potenzial insbesondere auf dem Bereich der fluoreszenzgestützten Diagnostik des Harnblasenkarzinoms in klinischen Studien nachgewiesen. Zusammen mit Forschungskonsortien aus Russland ist die Entwicklung und Etablierung von innovativen, diagnostischen und therapeutischen Verfahren, die auf den Prinzipien der Photodynamik (Interaktion zwischen Licht und sensibilisiertem menschlichem Gewebe) basieren, geplant.
