litceysel.ru
добавить свой файл
1
К ВОПРОСУ О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ И КЛИНИЧЕСКОЙ ОНКОЛОГИИ



Антонеева И.И., Воронова О.С., Сидоренко Е.Г., Генинг С.О.

ФГБОУ ВПО Ульяновский государственный университет, г. Ульяновск, Россия


Одним из первых физиков, оценивших перспективность медико-биологического использования лазеров, был Н.Г.Басов [1]. В 1982г. по его инициативе была создана лаборатория лазерной хирургии в ФИАНе, в которой началось изучение спектрально-селективного действия лазерного излучения на кровь. Исследования завершились открытием фотоакцептора-молекулярного кислорода, растворенного в жидкостях биологической системы [13].

В настоящее время лазерные медицинские технологии широко используются в экспериментальной и клинической медицине. При этом в зависимости от конечной цели применяется лазерное излучение (ЛИ) различной интенсивности. Высокоинтенсивное ЛИ (8 Дж/см2 и более) приводит к изменениям физического состояния тканей, вызывая в них абляцию, коагуляцию и гипертермию [2, 7, 15]

ЛИ средней интенсивности (от 3,0 до 8,0 Дж/см2) не является деструктивным, но уже не оказывает биостимулирующий эффект в клетках [4, 5, 9]. В ряде работ по использованию среднеинтенсивного ЛИ показано, что терапевтический эффект всё-таки имеет место, но особую актуальность приобретают такие характеристики излучения как длина волны, длительность импульса и суммарная доза [10, 14]. Низкоинтенсивное ЛИ (0,1 – 3,0 Дж/см2) успешно применяется почти во всех областях медицины для усиления процессов репарации, микроциркуляции, коррекции нарушений иммунитета [11]. Биологическое действие низкоинтенсивного ЛИ связывают с изменением в клетках концентрации цитозольного кальция, фосфолипидов мембран, а также с образованием активных форм кислорода [3, 12].

В зависимости от параметров ЛИ, в частности, от его интенсивности, конечные эффекты и механизмы к ним приводящие, могут быть различными. К гибели опухолевых клеток приводит, как правило, высокоинтенсивное ЛИ и ЛИ с использованием экзогенных фотосенсибилизаторов. В последнем случае мембрана разрушается, но не запускается апоптоз и не повреждается ядро клетки, не активируется апоптотин, вызывающий фрагментацию ДНК и уничтожение клетки [8]. Полагают, что использование ЛИ с высокой импульсной мощностью при сохранении средней мощности увеличит глубину проникновения. При этом поражения клетки будут везде, где присутствует растворенный кислород: в ядре, митохондриях, активируя апоптотин и вызывая повреждения ДНК [8].


Исходя из вышеизложенного, целью исследования была оценка морфофункционального состояния неоплазмы при воздействии фемтосекундного лазерного излучения in vitro.

Были использованы опухолевые клетки асцитной опухоли яичников (банк опухолевых штаммов РОНЦ им.Н.Н.Блохина) крыс, взятые на терминальной стадии роста. В качестве источника ЛИ использовали фемтосекундный волоконный эрбиевый лазер с характеристиками: длительность импульса 100х10-15с, пиковая мощность 6 кВт, средняя мощность 1,25 мВт, длина волны 1,55 мкм. В лизате опухолевых клеток (ОК) после облучения в дозах 19,6 и 29,5 мДж/см2 – средние и 30,3 и 45,3 кДж/см2 – пиковые, биохимически определяли уровень малонового диальдегида (МДА), активность супероксиддисмутазы (СОД), глутатионредуктазы (ГР), глутатионтрансферазы (ГТ) и каталазы [6]. В ОК оценивали также апоптотический индекс (АИ) в тесте с акридиновым оранжевым, жизнеспособность клеток в тесте с трипановым синим, а также топологию и ригидность мембраны опухолевых клеток методом сканирующей зондовой микроскопии (SolverPro, NT-MDT, Россия). При статистической обработке применяли непараметрический U-критерий Манна-Уитни (Stata v.6.0.).

В результате проведенных исследований установлено, что после фемтосекундного лазерного излучения (ФСЛИ) в ОК рака яичников (РЯ) возрастает АИ и снижается количество жизнеспособных клеток (рис.1).



Рис.1. Апоптотический индекс и жизнеспособность (процент погибших клеток) опухолевых клеток РЯ в тесте с трипановым синим после ФСЛИ различной интенсивности


Результаты оценки компонентов системы «перекисное окисление липидов-антиоксиданты» (ПОЛ-АО) представлены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели системы ПОЛ-АО в ОК при РЯ после ФСЛИ in vitro

Показатели


группы

n=7


МДА мкмоль/мг белка

ГР мкмоль/мин/мг белка

ГТ мкмоль/мин/мг белка

СОД ус.ед./мг белка

каталаза

ммоль/мин/мг белка

контроль


9,97

±0,938

0,27

±0,036

0,22

±0,032

0,46

±0,078

0,41

±0,025

19,6 мДж/см2-средняя

30,3 кДж/см2-пиковая

11,37

±1,13

0,27

±0,031

0,24

±0,025

0,52

±0,109

0,43

±0,031

29,5 мДж/см2-средняя

45,3 кДж/см2-пиковая

11,44

±0,572*

0,27

±0,032

0,25

±0,022

0,55

±0,105

0,50

±0,015*

Примечание: * - данные, статистически значимо отличающиеся от контроля

Анализ представленных данных позволяет заключить, что ФСЛИ статистически значимо повышается в опухолевых клетках РЯ крысы in vitro содержание терминального продукта ПОЛ – МДА при средней дозе облучения 29,2 мДж/см2 и пиковой 45,3 кДж/см2. При этих дозах обучения также значимо активность каталазы. Увеличение активности изученных ферментативных компонентов АО-системы не было статистически значимым.


В результате проведенных исследований установлено, что ФСЛИ дозозависимо изменяет ригидность мембраны (476,9±17,179 Па и 402,76±14,376 Па, соответственно, против 443,43±16,021 Па в контроле).

I

А

B

C

II










Рис.1. Топология интактных (А) и после ФСЛИ (В,С) клеток АОЯ при сканировании в воздушной среде. I – изображение в 3D. II – боковое сечение профиля клетки.

Сканированные изображения представленные на рис.1, могут, видимо, свидетельствовать об изменениях в области ядра опухолевых клеток.

Таким образом, воздействие ФСЛИ на опухолевые клетки асцитной опухоли РЯ крыс in vitro дозозависимо снижает их жизнеспособность, стимулирует апоптоз и повышает активность системы ПОЛ-АО.

Работа поддержана грантом ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013гг».


Список литературы:

1. Алиханов, Б. А. Лазерное излучение, гемосорбция, Т-активин, иммуностимуляторы и иммунодепресанты в лечении ревматоидного артрита : автореф. дис д-ра. мед. наук : 14.00.05, 14.00.39 / Алиханов Багдади Абусмуслимович. - М., 1993. - 26с.


2. Безчинская, М.Я. Применение лазеров в медицине / М.Я. Безчинская, М.Л. Александров // Вестник отоларинг. - 1985. - №5. - С.65-70.

3. Брилль, Г.Е. Гуанилатциклаза и NO-синтетаза – возможнын первичные акцепторы энергии низкоинтенсивного лазерного излучения / Г.Е. Брилль, А.Г. Брилль //Лаз.медиц. - 1999. – Т.1, №2. – С.39-42.

4. Герцен, А.В. Изучение влияния низкоинтенсивного ИК-лазерного излучения в эксперименте. / А.В. Герцен, Г.В. Леонтьева // Новое в лазерной хирургии и медицине : матер. Междунар. конф.,Москва, Россия. – М., 1991. – С. 31-32.

5. Горбатова, Н.Е. Первый опыт совместного воздействия излучениями импульсно-периодических АИГ-неодимовых и АИГ-эрбиевых лазеров на ткани лабораторных животных / Н.Е. Горбатова, Ю.Л. Лившиц // Лазеры и медицина : матер. Междунар. конф., Москва, Россия. – М., 1989. – С. 103-104.

6. Карпищенко А.И. Медицинские лабораторные технологии и диагностика: Справочник: в 2 т. – СПб.: Интермедика, 1999. – С. 27-28.

7. Кару, Т.Й. Цитохром-с-оксидаза как первичный фотоакцептор при лазерном воздействии света видимого и ближнего ИК-диапазона на культуру клеток / Т.Й. Кару, Н.И. Афанасьева // Докл. АН. - 1995. -Вып. 342. – С.683-95.

8. Корси Л.В. Лазерный способ фотохимической деструкции опухолей без экзогенных сенсибилизаторов / Л.В.Корси, В.Г.Соколов // Сб. статей «Лазерно-оптические системы и технологии» ФГУП «НПО Астрофизика». М., 2009 - С.101-106.

9. Матчин, Е.Н. Опыт применения хирургического лазера «Ланцет» в работе ожогового отделения / Е.Н. Матчин, В.Д. Потапов // Новые направл. лазерной медицины: матер. Междунар. конф., Москва, Россия. – М., 1996. -С.70-72.

10. Привалов, В.Е. Сравнительные характеристики газоразрядных и полупроводниковых лазеров, используемых в медицине / В.Е. привалов //Лазеры в медицине – 99. : матер. III междунар. семин. СПб., 1999. С.33-35.


11. Скобелин, О.К. Применение лазера в хирургии / О.К. Скобелин, Е.И. Брехов, В.И. Ерипанов // Хирургия. - 1983.-№3. – С. 15-18.

12. Смольянинова, Н.К Облучение Не-Ne лазером усиливает бласт-трансформацию, вызванную фитогемагглютинином /Н. К. Смолянинова, Т.Й. Кару, А.В. Зеленин // Докл. АН СССР. – 1990 – Т315, №5. – С.1256-1259.

13. Структурные перестройки в водной фазе клеточных суспензий и белковых растворов при светокислородном эффекте / C. Д. Захаров [и др.] //Квант. электроника. – 2003. – Т. 33, № 3. – С. 149–162.

14. Шахматова, М.П. Возможности применения СО2 лазера в гинекологии / М.П. Шахматова // Акушерство и гинекология. - 1989. - № 4. - С. 43-45.

15. Jurin, M. Biomedical effects of low energy As Ca laser irradiation /М. Jurin // M.Lasers and Med. -1989.-Vol. 12, №12. - P. 48-52.