Мультифункциональные наночастицы, содержащие редкоземельные ионы, для комбинированной магнито-резонансной и оптической диагностики и фототермальной терапии с бесконтактным мониторингом температуры в режиме реального времени

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-72-20186

НазваниеМультифункциональные наночастицы, содержащие редкоземельные ионы, для комбинированной магнито-резонансной и оптической диагностики и фототермальной терапии с бесконтактным мониторингом температуры в режиме реального времени

Руководитель Поминова Дарья Вячеславовна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" , г Москва

Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-304 - Спектроскопия

Ключевые слова спектроскопия, редкоземельные ионы, биоимиджинг, инфракрасное возбуждение, люминесцентная диагностика, гипертермия, фототермальная терапия, мультифункциональные наночастицы, магнито-резонансная томография

Код ГРНТИ29.33.47

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Улучшение качества ранней диагностики и прецизионной терапии имеет приоритетный характер для развития высокотехнологичной медицины. Проект направлен на развитие методов диагностической визуализации и фототермальной терапии за счет разработки мультифункциональных наночастиц, допированных редкоземельными ионами, с возможностью бесконтактного спектроскопического определения температуры in vivo. Повышение качества диагностики достигается за счет уточнения данных магнито-резонансной томографии с помощью оптических методик, позволяющих получить разрешение на клеточном уровне, используя при этом только один тип контрастирующих агентов, которым являются мультифункциональные ап-конверсионные наночастицы. При необходимости терапии с использованием этих же наночастиц можно провести процедуру локальной лазерной гипертермии без введения дополнительных контрастирующих препаратов. Разрабатываемые наночастицы позволят непрерывно контролировать температуру биологических тканей в режиме реального времени при проведении гипертермии, что минимизирует перегрев здоровых тканей и позволит избежать ожогов и некротических повреждений, тем самым, повысит надежность метода и снизит побочные эффекты для пациента. В проекте предложен комплексный подход к решению проблемы, включая теоретическое моделирование и экспериментальное определение оптимальных параметров допирования наночастиц редкоземельными ионами для получения эффективного нагрева частиц при возбуждении импульсным лазерным излучением ближнего инфракрасного диапазона с одной стороны, и интенсивностью люминесценции, достаточной для высокочувствительной оценки температуры, с другой стороны. Так же в рамках проекта будет разработана теоретическая модель нагрева и люминесценции исследуемых наночастиц внутри биотканей при лазерном облучении с целью анализа локальности нагрева вокруг наночастиц, профиля распределения тепла внутри биотканей и интенсивности люминесцентного сигнала в различных диапазонах спектра, получаемого из глубины биотканей. В результате физико-химических и оптико-спектральных исследований синтезированных образцов будут уточнены составы наночастиц и оптимизированы режимы импульсного возбуждения полученных термо-агентов для достижения эффективной термометрии и однородного нагрева на максимальной глубине в толще биотканей. Апробация с независимой оценкой термочувствительности будет проводиться in vitro в биологических средах, на клеточных культурах, а также in vivo на экспериментальных моделях перевиваемых мышам опухолей, то есть в условиях максимально приближенных к клиническим испытаниям.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Поминова Д.В., Рябова А.В., Грачев П.В., Романишкин И.Д., Пройдакова В.Ю., Кузнецов С.В., Воронов В.В., Федоров П.П., Лощенов В.Б. Optimization of upconversion nanoparticles excitation regimes for selective heating and effective thermometry in biological tissues Proceedings - International Conference Laser Optics 2018, ICLO 2018, 8435509, Pp.556 (год публикации - 2018)
10.1109/LO.2018.8435509

2. Д.В. Поминова, А.В. Рябова, С.Скалфи-Хапп, Ж.Жу, Р. Виттиг, А. Виэ, С. Грэфе, Р.В. Штайнер, В.Б. Лощенов Fiber-optic technique for quantitative determination of the chlorin derivatives nanoparticles accumulation in the mice organs Photodynamic Therapy & Photodiagnosis Update 2018 Book of Abstracts (год публикации - 2018)

3. Поминова Д.В., Рябова А.В., Романишкин И.Д., Макаров В.И., Грачев П.В. Bioimaging with controlled depth using upconversion nanoparticles Proc. SPIE 10677, Unconventional Optical Imaging, Volume 10677, 2018, Article number 106770O (год публикации - 2018)
10.1117/12.2309780

4. Д.В. Поминова, А.В. Рябова, И.Д. Романишкин, П.В. Грачев, В.Ю. Пройдакова, С.В. Кузнецов, В. В. Воронов LUMINESCENT THERMOMETRY in vitro USING UPCONVERSION NANOPARTICLES NaGdF4:Yb3+-Er3+, Yb3+-Tm3+ Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение: прогр. и материалы 17-й Междунар. науч. конф.шк., с.185, с.202 (год публикации - 2018)

5. Пройдакова В.Ю., Поминова Д.В., Кузнецов С.В., Воронов В.В., Япрынцев А.Д., Иванов В.К., Федоров П.П. Investigation of synthesis and luminescence properties of NaGdF4:Yb:Er hexagonal phase Материалы X Международной научной конференции «Кинетика и механизмы кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения», с.322-323 (год публикации - 2018)

6. Поминова Д.В., Грачев П.В., Романишкин И.Д., Бикмухаметова И.Р., Макаров В.И., Рябова А.В. Теоретическое и экспериментальное моделирование лазерно-индуцированного нагрева различных биологических тканей с использованием ап-конверсионных и металлических VII Всероссийский Конгресс с международным участием «ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ И ФОТОДИАГНОСТИКА» (год публикации - 2018)

7. Д.В. Поминова, В.Ю. Пройдакова, И.Д. Романишкин, Ю.А. Ермакова, Д.С. Ясыркина, А.С. Ванецев, С.В. Кузнецов, А.В. Рябова. Легированные редкоземельными ионами кристаллические наночастицы для биофотоники Тезисы докладов школа-конференция молодых ученых ИОФ РАН «Прохоровские недели», с.122-124 (год публикации - 2018)

8. Д.В. Поминова, В.Ю. Пройдакова, И.Д. Романишкин, А.В. Рябова, П.В. Грачев, С.В. Кузнецов, В. В. Воронов, П.П. Федоров STRATEGIES TO ENHANCE THE SENSITIVITY OF NAGDF4:YB-TM BASED NANOTHERMOMETERS SFM'18 – International Symposium Optics and Biophotonics Book of Abstracts (год публикации - 2018)

9. Поминова Д.В., Романишкин И.Д., Грачев П.В., Бородкин А.В., Ванецев А.С., Орловская Е.О., Орловский Ю.В., Сильдос И., Лощенов В.Б., Рябова А.В. Theoretical and experimental modeling of interstitial laser hyperthermia with surface cooling device using Nd 3+ -doped nanoparticles Lasers in Medical Science (год публикации - 2019)
10.1007/s10103-019-02742-3

10. Поминова Д.В., Рябова А.В., Романишкин И.Д., Кузнецов С.В., Овсянникова А.А., Воронов В.В., Лощенов В.Б. Influence of Y-Gd ratio on phase formation and spectroscopic properties of NaGd0.8-xYxYb0.17Er0.03F4 solid solutions Laser Physics Letters, 16(3),035604. (год публикации - 2019)
10.1088/1612-202X/ab00f9

11. Поминова Д.В., Пройдакова В.Ю., Романишкин И.Д., Грачев П.В., Кузнецов С.В., Рябова А.В. Rare-earth doped nanoparticles for contactless temperature sensing and laser-induced hyperthermia PROGRAM&ABSTRACTS for ENM Prague Meeting 2019, 60-61 (год публикации - 2019)

12. Поминова Д.В., Пройдакова В.Ю., Романишкин И.Д., Рябова А.В., Грачев П.В.,Кузнецов С.В., Воронов В.В., Федоров П.П. Strategies to enhance the sensitivity of NaGdF4:Yb-Tm based nanothermometers PROCEEDINGS OF SPIE, Proc. SPIE 11067, Saratov Fall Meeting 2018: Computations and Data Analysis: from Nanoscale Tools to Brain Functions, 110671B (год публикации - 2019)
10.1117/12.2523177

13. Поминова Д.В., Пройдакова В.Ю., Романишкин И.Д., Грачев П.В., Кузнецов С.В., Рябова А.В. TEMPERATURE SENSING IN SECOND AND THIRD BIOLOGICAL TRANSPARENCY WINDOWS USING RARE-EARTH-DOPED NaGdF4 NANOPARTICLES Saratov fall meeting 2019 (год публикации - 2019)

14. Поминова Д.В., Пройдакова В.Ю., Романишкин И.Д., Кузнецов С.В., Рябова А.В. Мультифункциональные биосенсоры на основе наночастиц, легированных редкоземельными ионами Физика - наукам о жизни Третья международная конференция со школой молодых ученых Тезисы докладов, 45 (год публикации - 2019)

15. Поминова Д.В., Пройдакова В.Ю. , Романишкин И.Д., Кузнецов С.В., Рябова А.В. Гипертермия in vivo с контролем температуры спектроскопическими методами Второй международный форум онкологии и радиологии Научная программа (год публикации - 2019)

16. Поминова Д.В., Пройдакова В.Ю. , Романишкин И.Д., Кузнецов С.В., Рябова А.В. ГИПЕРТЕМИЯ IN VIVO С КОНТРОЛЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ Biomedical photonics, Специальный выпуск /2019 (год публикации - 2019)

17. Д.В. Поминова, И.Д. Романишкин, В.Ю. Пройдакова, П.В. Грачев, А.С. Москвалев, А.В. Рябова, В.И. Макаров, К.Г. Линьков, С.В. Кузнецов, В.В. Воронов, О.В. Уваров, В.Б. Лощенов Optimization of upconversion luminescence excitation mode for deeper in vivo bioimaging without contrast loss or overheating Methods and Applications in Fluorescence, Volume 8, Number 2 025006 (год публикации - 2020)
10.1088/2050-6120/ab7782.

18. Поминова Д.В., Пройдакова В.Ю., Романишкин И.Д., Рябова А.В., Грачев П.В., Макаров В.И., Кузнецов С.В., Уваров О.В., Воронов В.В., Япрынцев А.Д., Иванов В.К., Лощенов В.Б. Achieving high NIR-to-NIR conversion efficiency by optimization of Tm3+ content in Na(Gd,Yb)F4 : Tm upconversion luminophores Laser Physics Letters, 17 125701 (год публикации - 2020)
10.1088/1612-202X/abbede

19. Дарья Поминова, Вера Пройдакова, Игорь Романишкин, Анастасия Рябова, Сергей Кузнецов, Павел Федоров и Виктор Лощенов Temperature sensing in the short-wave infrared spectral region using core-shell NaGdF4:Yb3+, Ho3+, Er3+@NaYF4 nanothermometers Nanomaterials, 10(10), 1992 (год публикации - 2020)
10.3390/nano10101992

20. Поминова Д.В., Рябова А.В., Романишкин И.Д., Макаров В.И., Грачев П.В. Bioimaging with controlled depth using upconversion nanoparticles SPIE Photonics Europe Technical Program, [10677-23], p.90 (год публикации - 2018)

21. Поминова Д.В., Рябова А.В., Романишкин И.Д., Грачев П.В., Бурмистров И.А. , Кузнецов С.В., Крутько В.А. Исследование локальной лазерной гипертермии in vitro с контролем температуры в режиме реального времени при помощи ап-конверсионных наночастиц Biomedical Photonics, Специальный выпуск/2017 (год публикации - 2017)

22. Д.В. Поминова, А.В. Рябова, И.Д. Романишкин, П.В. Грачев, И.А. Бурмистров, С.В. Кузнецов Multifunctional upconversion nanoparticles based on NaYGdF4 for laser induced heating, non-contact temperature sensing and controlled hyperthermia with use of pulsed periodic laser excitation Proceedings of SPIE, Proc. SPIE 10716, 107161B (26 April 2018) (год публикации - 2018)
10.1117/12.2312484

23. Пройдакова В.Ю., Кузнецов С.В., Поминова Д.В., Воронов В.В., Уваров О.В., Япрынцев А.Д., Иванов В.К. Synthesis and energy yield of β-NaGdF4:Yb:Er nanoparticles for theranostics Conference book 2nd Conference and Spring School on Properties, Design and Applications of Upconversion Nanomaterials UPCON 2018, p. 69 (год публикации - 2018)

24. Поминова Д.В., Рябова А.В., Романишкин И.Д., Грачев П.В., Кузнецов С.В., Воронов В.В., Пройдакова В.Ю. Theoretical modeling of optimal Tm3+ doping concentrations for effective heating and thermometry Conference book 2nd Conference and Spring School on Properties, Design and Applications of Upconversion Nanomaterials UPCON 2018, p.124 (год публикации - 2018)

25. Поминова Д.В., Рябова А.В., Романишкин И.Д., Грачев П.В., Бурмистров И.А., Кузнецов С.В. Multifunctional upconversion nanoparticles based on NaYGdF4 for laser induced heating, non-contact temperature sensing and controlled hyperthermia with use of pulsed periodic laser excitation Saratov Fall Meeting SFM'17 Scientific programm (год публикации - 2017)

Публикации