Оренбургский государственный университет

Оптические методы контроля фотохимических процессов в биологических тканях при фотодинамической терапии

Проект № № 3.6358.2017/БЧ

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

Установлено, что замедленная флуоресценция (ЗФ) ксантеновых фотосенсибилизаторов (ФС) в живых тканях формируется как суперпозиция свечений, обусловленных термоактивацией обратной интерконверсии в молекулах красителей и аннигиляцией синглетного кислорода (СК) с молекулой ФС в триплетном состоянии. Поэтому, интегральная кинетическая кривая немонотонная, содержит участок нарастания и точку перегиба. Максимальная интенсивность свечения, обусловленного синглет-триплетной аннигиляцией (СТА) существенно превышает интенсивности свечений по конкурирующим каналам релаксации триплетных состояний ФС — термоактивированной ЗФ (ТЗФ) и фосфоресценции. Вклад бимолекулярных процессов в послесвечение уменьшается при снижении содержания кислорода в тканях и плотности триплетных возбуждений ФС.

Люминесцирующие экзогенные ксантеновые ФС в живых тканях находятся преимущественно в связанном (иммобилизованном) состоянии. Ввиду малой подвижности ФС и низкой вероятности их взаимодействия, вклад свечения, обусловленного однородной триплет-триплетной аннигиляцией молекул ФС, предполагающей диффузию реагентов, в общем сигнале длительной люминесценции пренебрежимо мал.

При возбуждении ФС серией лазерных импульсов наносекундной длительности, следующих друг за другом с частотой превышающей 1 Гц, в живых тканях при нормальных условиях обнаружено тушение замедленной флуоресценции аннигиляционного типа с одновременным увеличением интенсивностей ТЗФ и фосфоресценции. Установлено, что тушение СТА-ЗФ происходит потому, что скорость расхода СК в тканях в ходе фотодинамических реакций превышает скорость диффузии кислорода в клетки из кровотока или внешней среды.

Тушение ЗФ фотосенсибилизаторов при импульсно-периодическом возбуждении значительно сильнее выражено в злокачественных опухолях, чем в здоровых тканях. Это обусловлено повышенным накоплением ФС в новообразованиях и высокой чувствительностью опухолей к окислительному действию синглетного кислорода.

Определены доминирующие каналы релаксации триплетных возбуждений ФС в тканях здоровых и больных животных. Обнаружен эффект тушения СТА-ЗФ в биологических тканях при импульсно-периодическом возбуждении. Показано, что такое тушение связано со снижением концентрации СК в тканях в результате фотодинамических реакций. Установлена зависимость эффективности тушения от частоты периодического возбуждения. Предложен способ и экспериментально определено in vitro время восстановления исходной концентрации кислорода в тканях после окончания возбуждения.

Результаты проекта могут быть использованы в функциональной диагностике для оценки текущего состояния газообмена в организме, а также в научной и образовательной деятельности. Сведения о содержании кислорода в тканях и клетках необходимы для повышения качества лечения и точности постановки диагноза.

По результатам исследований на данном этапе работы опубликованы статьи:

• Ишемгулов А.Т., Летута С.Н., Пашкевич С.Н., Алиджанов Э.К., Лантух Ю.Д. Длительная люминесценция сенсибилизаторов в условиях дефицита кислорода в тканях при фотодинамическом эффекте // Оптика и спектроскопия. 2017. Т. 123, № 5. С. 818‑824.
• Летута У.Г., Летута С.Н., Беpдинcкий В.Л. Влияние cлабыx магнитных полей и изотопов магния на бактерии Е. Coli // Биофизика. 2017. Т. 62, вып. 6. С. 1134‑1141.

Подана заявка «Способ in situ контроля эффективности фотодинамического действия при фотодинамической терапии опухолевой ткани» на получение патента РФ.

Подготовлена и представлена в диссовет Д 212.243.05 при НИУ «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» диссертация «Длительная люминесценция молекул сенсибилизаторов в тканях при фотодинамическом действии» на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, по специальности 03.01.02 Биофизика.

Соискатель — Ишемгулов Азамат Талгатович, лаборант-исследователь ЦКП «Институт микро- и нанотехнологий».

Научный руководитель — проф. Летута С.Н.