14Библиографический список
1. Costantini I., Cicchi R., Silvestri L., Vanzi F., Pavone F. S. In-vivo and ex-vivo optical clearing methods for biological tissues: review // Biomed. Opt. Express, 2019. vol. 10. no. 10. P. 5251-5267.
2. Genina E.A., Surkov Yu.I., Serebryakova I.A., Bashkatov A.N., Tuchin V.V., Zharov V.P. Rapid ultrasound optical clearing of human light and dark skin // IEEE Transactions on Medical Imaging. 2020.
3. https://www.arpansa.gov.au/sites/g/files/net3086/f/legacy/pubs/RadiationProte ction/FitzpatrickSkinType.pdf. Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency. Fitzpatrick skin phototype. Обращение к ресурсу 28.03.2020
4. Синичкин Ю.П., Долотов Л.Е., Зимняков Д.А. Специальный практикум по оптической биофизике. In vivo отражательная и флуоресцентная отектроскопия кожи человека // Учеб. пособие для студентов вузов - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. 2003. 159 с.
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ УЛЬТРАЗВУКОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ИММЕРСИОННОЕ ПРОСВЕТЛЕНИЕ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА IN VIVO
1 1 12 12 3 12
Ю.И. Сурков , И.А. Серебрякова , А.Н. Башкатов ' , В.В. Тучин ' ' , Э.А. Генина ' 1 Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
^Национальный исследовательский Томский государственный университет Институт проблем точной механики и управления РАН, г. Саратов e-mail: surkov9898@gmail.com
Аннотация: В работе представлены результаты экспериментального исследования влияния ультразвукового (УЗ) облучения (на частотах 1 и 3 МГц с плотностью мощности 0.5 - 2 Вт/см2) на оптические характеристики кожи человека in vivo и на эффективность иммерсионного оптического просветления. Определены параметры ультразвукового облучения кожи, достаточные для наблюдения эффективного оптического просветления с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ). Обнаружено, что УЗ облучение с параметрами 1 МГц, 2 Вт/см2 в непрерывном режиме без оптического просветляющего агента увеличило глубину зондирования ОКТ в ~1.3 раза в течение 5 мин. Комбинированное использование УЗ с олеиновой кислотой позволило увеличить оптическую глубину зондирования в среднем в ~ 1.4 раза.
Ключевые слова: ультразвук, ОКТ, оптическое просветление.
Для эффективного изменения оптических свойств биотканей используют, в частности, оптические просветляющие агенты (ОПА) [1, 2]. Такое управление, направленное на снижение рассеяния биоткани, чрезвычайно важно для повышения глубины проникновения светового излучения в биологические ткани, что, в свою очередь увеличивает эффективность диагностических и терапевтических оптических методов.
Широкое применение техники сонофореза для увеличения скорости и глубины проникновения ОПА [3] в кожу требует изучения его воздействия не только на поверхностный слой эпидермиса, но и на более
глубокие слои биотканей. При изучении действия ультразвука (УЗ) на биоткани наблюдались: нагрев облучаемого участка, тенденция к выравниваю концентраций растворённых веществ вне и внутри клетки, дестабилизация связей между молекулами коллагена и окружающим матриксом, тисотропный (разрыхление соединительной ткани) и тиксотропный (переход геля в золь) эффекты [4]. Однако влияние различных параметров УЗ воздействия на оптические характеристики кожи неочевидно и требует практических измерений.
Целью данной работы является исследование влияния УЗ излучения на частотах 1 и 3 МГц, использующихся для сонофореза, на оптические характеристики и иммерсионное просветление кожи человека in vivo.
Объектом исследования служила кожа тыльной стороны кисти четырёх добровольцев обоих полов в возрасте 19 - 22 лет.
Максимальная оптическая глубина зондирования определялась по усреднённому А-скану ОКТ как расстояние от первого пика, соответствующего поверхности кожи, до ближайшей точки, где полезный сигнал превышал фоновый на 10%. Эффективность оптического просветления (ЭОП) определялась как отношение разности глубины зондирования до и после оптического просветления к начальной глубине зондирования, выраженная в процентах.
Для определения влияния УЗ облучения на оптические свойства кожи человека in vivo облучение тыльной стороны кисти УЗ проводилось в течение 30 минут через каждые 5 минуты по 1 минуте. Для акустического контакта УЗ зонда с кожей использовалась вода.
Для определения влияния параметров сонофореза на оптическое иммерсионное просветление в качестве ОПА была выбрана олеиновая кислота (Radiacid® 0212, Oleon, Бельгия). Показатель преломления, измеренный на длине волны 930 нм с использованием многоволнового рефрактометра DR-M2/1550 (ATAGO, Япония), составил 1.45. Обработка участка кожи осуществлялась одним из двух способов: 1 - нанесение ОК; 2 - нанесение ОК и сонофорез с различными начальными параметрами УЗ. Спустя 30 минут после начала эксперимента в обоих случаях остатки ОПА удалялись с поверхности кожи.
Для мониторинга состояния кожи проводилось сканирование исследуемого участка с помощью спектрального оптического когерентного томографа SpectralRadar OCT System OCP930SR 022 (Thorlabs, США), работающего на центральной длине волны 930±5 нм,с шириной спектральной полосы на полувысоте 100±5 нм, выходная мощность - 2 мВт, оптическая глубина сканирования - 1.6 мм, пространственное разрешение системы по глубине - 6.2 мкм, поперечное разрешение - 9.6 мкм на воздухе и длина области сканирования 2 мм. Сканирование исследуемого участка кожи проводилось каждые пять минут в течение одного часа. Таким образом, общее время наблюдения составляло 60 минут, 30 минут с нанесением ОК и/или периодическим сонофорезом и 30
минут без каких-либо дополнительных воздействий. Результаты представлены в виде среднего ± стандартное отклонение.
На рисунке 1 представлена кинетика глубины зондирования ОКТ и ЭОП при облучении кожи УЗ без ОПА.
На рисунке 2 представлена кинетика изменения глубины зондирования ОКТ, ЭОП и время достижения 20% ЭОП при нанесении ОК и облучении кожи УЗ.
§ 580
g 560
8 540
£520 =t
0 500 га 480 >£460 ¡ 440
1 420 | 400 у 380
• 1 Мгц, 2 Вт/см2, con А 1 Мгц, 1 Вт/см2, 50%
1 Мгц, 2 Вт/см2, 50%
гс 540 " I 520-|500-
I480:
го 460-
^440-с ■
га 420 "
1400 § 380л 360 —
3 Мгц, 1 Вт/см2, cont 3 Мгц, 2 Вт/см2, 50%
3 Мгц, 1 Вт/см2, 50%
20 30 40 Время, мин
20 30 4 Время, мин
а)
б)
ш
Ш 30-
É15-
| I 1 Мгц, 1 Вт/см2, cont
| | 1 Мгц, 2 Вт/см2, cont
| | 1 Мгц, 1 Вт/см2, 50%
I | 1 Мгц, 2 Вт/см2, 50%
| 3 Мгц, 1 Вт/см2, cont | 3 Мгц, 2 Вт/см2, 50% | 3 Мгц, 1 Вт/см2, 50%
в) г)
Рис. 1. а) и б) Зависимость максимальной оптической глубины зондирования от времени, в) и г) ЭОП при облучении кожи УЗ с частотой а) и в) 1 МГц, б и г) 3 МГц, соП соответствует непрерывному режиму облучения, 50% импульсному режиму, при котором длительность импульса облучения составляет 0.5 с, период 1 с
1 Мгц, 1 Вт/см2
10
50
60
10
50
60
30-
25-
25 -
20-
20
5-
& 0 е
УЗ отсутсвует 1 МГц, 1 Вт/см2 1 Мгц, 2 Вт/см2 3 ^ Мгц, 1 Вт/см2
20 30 40 Время, мин
ь
ш
| |Без УЗ
| | 1 МГц, 1 Вт/см2
| | 1 Мгц, 2 Вт/см2
I | 3 Мгц, 1 Вт/см2
| |Без УЗ
| | 1 МГц, 1 Вт/см2
| | 1 Мгц, 2 Вт/см2
I | 3 Мгц, 1 Вт/см2
а) б) в)
Рис. 2. а) Зависимость максимальной оптической глубины зондирования от времени, б) ЭОП и в) время достижения 20% ЭОП при облучении кожи УЗ
Заключение
Впервые получены статистически значимые результаты, свидетельствующие о долговременном оптическом просветлении кожи человека под действием УЗ облучения in vivo. Наибольшая эффективность (26 ± 8%) достигнута при использовании параметров УЗ: 1 МГц, 2 Вт/см в непрерывном режиме.
S 650 -
50-
25-
300 -
40-
20
550
30 -
О 15-
500
20
450 -
* 10
400
10
350
50
60
Получена оценка влияния параметров УЗ на просветление кожи человека с помощью ОК. Результаты свидетельствуют о статистически значимом повышении ЭОП при применении сонофореза и ОК. Максимальная ЭОП составила 35 ± 6% спустя 30 минут после нанесения олеиновой кислоты и сонофореза при параметрах облучения 1 МГц, 2 Вт/см в непрерывном режиме. Время достижения 20% ЭОП вдвое меньше при использовании сонофреза с частотой 3 МГц и интенсивностью 1 Вт/см по сравнению со случаем без облучения УЗ.
Библиографический список
1. Costantini I., Cicchi R., Silvestri L., Vanzi F., andPavone F. S. In-vivo and exvivo optical clearing methods for biological tissues: review // Biomed. Opt. Express. 2019. vol. 10. no. 10. P. 5251 5267.
2. Genina E.A., Bashkatov A.N., Sinichkin Yu.P., Yanina I.Yu., Tuchin V.V. Optical Clearing of Tissues: Benefits for Biology, Medical Diagnostics and Phototherapy // Chapter 10 in: Handbook on Optical Biomedical Diagnostics, Vol. 2: Methods, 2nd ed., Valery V. Tuchin, Bellingham, Washington: SPIE Press. 2016. P. 565-937.
3. Polat B. E., Hart D., Langer R., and Blankschtein D. Ultrasound-mediated transdermal drug delivery: mechanisms, scope, and emerging trends // J. Control. Release. 2011. vol. 152. no. 3. P. 330 348.
4. Акопян В.Б. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. // М.: Изд-во МГТУ имени Н.Э. Баумана. 2005. 224 с.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ
КЛЕТОЧНОЙ ЛИНИИ ГЛИОМЫ КРЫСЫ (С6) ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА
Н. А. Бабкина1, В.В. Винник1, А.С. Фомин1, А.П. Рытик1, 2 1 А.А. Широков , О.В. Семячкина-Глушковская
1Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, г. Саратов
E-mail: ra4csz@yandex.ru
Аннотация: В работе приведены результаты исследований по влиянию сверхвысокочастотного электромагнитного излучения (СВЧ) на частотах 60, 129 и 150 ГГц при плотности мощности 4мВт/см2 на жизнеспособность монослойной клеточной линии глиомы крысы С6. Можно заключить, что получены предпосылки и использованию сверхвысокочастотного электромагнитного излучения (СВЧ) на частотах 60, 129 и 150 ГГц для разработки физиотерапевтических методов и создании метода физического курирования роста глиомы.
Ключевые слова: глиома, воздействие СВЧ-излучения, жизнеспособность клеточной линии.
Гипоксия характерна для солидных опухолей, а для их лечения применяется, в частности, гипербарическая оксигенация. Изменения
