Оренбургский государственный университет

Оптические методы контроля фотохимических процессов в биологических тканях при фотодинамической терапии

№ 3.6358.2017/БЧ

Руководитель — д-р физ.-мат. наук, профессор Летута С.Н.

На данном этапе работы по проекту разрабатывался метод оптической дозиметрии при фотодинамической терапии и мониторинга растворенного кислорода в тканях и клетках.

Для решения задачи в качестве информативного сигнала предложено использовать длительную люминесценцию, возникающую в результате излучательной релаксации триплетных состояний экзогенных флуорофоров в тканях. В качестве измеряемого параметра предложено использовать время жизни возбужденных состояний экзогенных флуорофоров, т. е. сделан переход от спектральных (амплитудных) измерений к кинетическим (временным), что освободило от необходимости учитывать сильное рассеяние света в тканях, снизило зависимость результата измерения от концентрации флуорофора, мощности возбуждения и других мешающих факторов, сопровождающих амплитудные измерения в биологических тканях.

Контрольные эксперименты проведены в раковых опухолях и нормальных эпителиальных и мышечных тканях мышей линии BYRB и крыс линии Vistar. Установлены закономерности влияния патологии биологических тканей и клеток на кинетику дезактивации долгоживущих триплетных состояний и эффективность фотодинамического действия экзогенных флуорофоров в тканях.

В ходе экспериментов со здоровыми и cancer-тканями животных одной генетической линии выявлены статистически достоверные отличия в константах скоростей доминирующих процессов дезактивации триплетных возбуждений экзогенных флуорофоров в них. Определено влияние локализации экзогенных флуорофоров в опухолях и здоровых тканях на эффективность расхода (синглетного) кислорода в них в процессе фотодинамического действия.

Разработан метод оценки расходования и восстановления исходной концентрации кислорода в тканях. Объектами исследования служили ткани двух видов: 1) фрагменты тканей, извлеченные хирургическим путем и находящиеся в непосредственном контакте с атмосферой (in vitro); 2) участки тканей, в которых доставка кислорода осуществлялась естественным кровотоком (in vivo).

Разработана альтернативная методика оптической диагностики биотканей и оптической дозиметрии в фотодинамической терапии по кинетике затухания длительной люминесценции флуорофоров. Заметное преимущество такой методики — возможность диагностики и оценки эффективности фотодинамического действия в одном сеансе.

Для решения перечисленных задач разработана методика подготовки образцов in vitro, обеспечивающая не только контроль параметров внешней среды (температура, влажность, парциальное давление кислорода над образцом и др.), но и контроль концентрации флуорофоров в клетках. Разработана методика регистрации длительного послесвечения флуорофоров так, чтобы фотохимические процессы не искажали результаты измерений. Создано специализированное программное обеспечение для быстрой оценки массы связанного синглетного кислорода на основе анализа кинетических кривых затухания замедленной флуоресценции и фосфоресценции образцов при импульсном возбуждении.