Исследование эффективности локального фотодинамического воздействия на биоткани при целевой доставке красителя или наночастиц при помощи субмикронных носителей

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 21-72-10057

НазваниеИсследование эффективности локального фотодинамического воздействия на биоткани при целевой доставке красителя или наночастиц при помощи субмикронных носителей

Руководитель Янина Ирина Юрьевна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" , Саратовская обл

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «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 носитель субмикронного размера, фотодинамический краситель, доставка препарата, апконверсионные наночастицы, люминесценция, токсичность

Код ГРНТИ29.31.26

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Современные лекарственные препараты действуют при достижении соответствующей мишени-цели. Но процент лекарства, который достигает мишени, очень мал — в среднем порядка 1%. Вся оставшаяся масса распределяется по организму человека не приносит пользы, что оказывает дополнительную нагрузку на организм и вызывает неспецифические воздействия. Поэтому одна из современных проблем медицинской химии и фармакологии — это сделать лекарства более эффективными, понизить их дозу и устранить побочные эффекты. Сегодня основным путем в поиске решения этого вопроса можно назвать адресную доставку лекарств. Это направление заключается в создании специальных молекул, которые сами по себе способны находить мишень в организме. Они разрабатываются таким образом, чтобы при попадании в организм не просто случайным образом распределялись по организму, а находили собственную мишень и взаимодействовали только с ней. Такие лекарства, во-первых, позволяют существенно снизить побочные эффекты. Во-вторых, будет наблюдаться снижение минимальной эффективной дозировки лекарственного средства, за счет целевого воздействия максимальной дозы на определенный участок ткани. Одним из направлений в адресной доставке лекарств является использование субмикронных наноструктурированных частиц, носителей. Суть в том, что лекарственный препарат доставляется не в виде свободной молекулы, а внутри контейнера, который определенным образом сконструирован и обладает емкостью, необходимой для загрузки большого числа молекул лекарственного препарата. Преимущество носителя состоит в связывании с адресным лигандом. Таким образом, возможно значительно уменьшить количество адресного лиганда, при этом доставив большее количество вещества. Несмотря на преимущества метода использования субмикронных контейнеров, он также обладает и рядом недостатков. Они особенные для каждого класса лигандов. Если использовать антитела, то можно получить специфическую молекулу практически к любой мишени, но необходимо, чтобы сшивка по антителам в потоке крове или лимфе была максимально эффективной. В случае низкомолекулярных веществ, проблема состоит в создании носителя с высокой емкостью по антибластомным препаратам, например. Не для всех целей можно подобрать молекулы, они не так легко получаются, и их применение ограничено. Не для всех типов раковых опухолей или других заболеваний удается подобрать настолько эффективную молекулу. Предлагаемая методика позволит производить и терапевтическое, и диагностическое воздействие, т.е. даст возможность развить такое направление как нанотераностика. Тераностические технологии позволяют совершенствовать визуализацию и терапию в онкологии с помощью нанометодов и разрабатывать передовые биомедицинские продукты и услуги для целей здравоохранения. С использованием этих технологий тераностика получит возможность адресной доставки как действующих агентов, так и визуализирующих соединений. Разрабатываемый нашей группой метод не только позволяет визуализировать, но и проводить мониторинг накопления частиц. Контролируя условия синтеза носителей возможно добиться их эффективного связывания с целевыми тканями. Локальное повышение концентрации фотосенсибилизатора в области его применения позволит в значительной степени повысить эффективность ФДТ в сравнении с использованием свободной формы фотосенсибилизатора. Повреждение внутриклеточных структур в следствии выработки активных форм кислорода может привести к запуску каскадных механизмов программируемой клеточной гибели – апоптоза. Среди механизмов клеточной гибели апоптоз является более предпочтительным, поскольку не оказывает воздействия на клеточное микроокружение и на соседние клетки. Его исходом является дегидратация, пикноз и формирование апоптотических телец. Для некроза в свою очередь характерно токсическое влияние продуктов клеточного метаболизма на окружающие клетки, поскольку происходит разрушение клеточной мембраны с последующим выходом цитоплазмы с содержащимися в ней ферментами, внутриклеточными органеллами и продуктами внутриклеточного обмена веществ. В этом случае для пациентов будут отсутствовать сильная воспалительная реакция и процесс восстановления после процедуры ускорится. Это имеет непосредственное отношение к новизне данного проекта. Полученные субмикронные контейнеры с апконверсионными наночастицами и многослойными биосовместимыми оболочками будут обладать высокой агрегативной устойчивостью. Кроме того, контейнеры, капсулирующие во внутреннюю полость гидрофобное вещество, дадут возможность в дальнейшем на их основе разрабатывать объекты для капсулирования лекарственных средств и субстанций для фармацевтической и косметологической промышленности. Для повышения эффективности фотодинамической терапии в глубине биологической ткани будут использованы синтезированные нами апконверсионные наночастицы, поглощающие свет в спектральном окне прозрачности ткани, и излучающие в более коротковолновой области, в которой поглощают активные молекулы. Использование таких систем дает новые возможности для управления процессом целевой доставки действующих агентов, поскольку наночастица перестает быть пассивным переносчиком лекарства и становится активным участником процесса доставки и взаимодействия с клетками ткани. При этом будут созданы методики синтеза наночастиц с покрытием одновременно фотодинамическим красителем и адресными молекулами для предотвращения ухода наночастиц из заданной области ФДТ. В результате ожидается: - подходы к получению носителей действующих агентов (препаратов, фотодинамических красителей) субмикронных размеров (носителей), содержащих апконверсионные наночастицы, и методики оптимизации покрытия многослойными биосовместимыми оболочками с целью повышения эффективности проведения процедуры фотодинамической терапии (ФДТ); - выводы о влияния условий синтеза апконверсионных наночастиц на размеры и форму носителей, а также на выход апконверсии; - данные о способах доставки и условиях релиза фотодинамического красителя в целевых тканях; - данные о биосовместимости и токсичности созданных носителей на примере раковых и здоровых клеточных линий in vitro; - данные об изменениях оптических характеристик биотканей после фотодинамического воздействия; - данные о влиянии различных иммерсионных оптических просветляющих веществ на эффективность люминесценции мультифункциональных носителей; -разработка методики, позволяющей получать воспроизводимые данные о пространственном и временном распределении носителей внутри биологического объекта.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Верховский Р.А., Анисимов Р.А., Ломова М.В., Тучина Д.К., Лазарева Е.Н., Доронкина А.А., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Assessment of cytotoxicity upconversion nanoparticles coated by SiO2 on different cell lines SPIE, the International Society for Optical Engineering; Bellingham, WA, United States, V. 11959, P. 1195908 (год публикации - 2022)
10.1117/12.2616509

2. Верховский Р.А., Анисимов Р.А., Ломова М.В., Тучина Д.К., Лазарева Е.Н., Доронкина А.А., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Цитотоксичность апконверсионных наночастиц с оболочками. Обзор Издательство Саратовского университета (год публикации - 2022)

3. Кочубей В.И., Янина И.Ю. Model of a Photosensitizer for Photodynamic Therapy Based on Upconversion Nanoparticles IEEE, Saint Petersburg, 1-1 (год публикации - 2022)
10.1109/ICLO54117.2022

4. Гамаюнова (Козлова) Е. А., Доронкина А. А., Лазарева Е. Н., Тучина Д. К., Кочубей В. И., Янина И. Ю. Различия оптических свойств мышечной ткани крысы при комнатной и физиологической температурах Изв. Сарат. ун-та, Т. 22, вып. 4, С. 350–356 (год публикации - 2022)
10.18500/1817-3020-2022-22-4-350-356

5. Лазарева Е. Н., Доронкина А. А., Тучина Д. К., Мыльников А. М., Наволокин Н. А., Кочубей В. И., Янина И. Ю Complex of NaYF4:Yb,Er –HSA-MB for cancerous tumour destruction The Russian Academics of Sciences, p. 84 (год публикации - 2022)
10.24412/cl-35039-2022-22-84-84

6. Лазарева Е. Н., Тучина Д. К., Доронкина А. А., Анисимов Р. А., Ломова М. В., Мыльников А. М., Наволокин Н. А., Кочубей В. И., Янина И. Ю. Effect of CaCO3 on Optical Parameters of Biological Tissues in Normal and Cuncer The Russian Academics of Sciences, p.113 (год публикации - 2022)
10.24412/cl-35039-2022-22-113-113

7. Анисимов Р.А., Ломова М.В., Кочубей В.И., Янина И.Ю. СИСТЕМЫ ЯДРО-ОБОЛОЧКА ДЛЯ ДОСТАВКИ НАНОЧАСТИЦЫ В ЖИВЫХ ОБЪЕКТАХ Издательство Мордовского университета, С. 59 (год публикации - 2022)

8. Лазарева Е.Н., Тучина Д.К., Доронкина А.А., Анисимов Р.А., Ломова М.В., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Кочубей В.И., Янина И.Ю. EFFECT OF THE INJECTION OF UPCONVERSION NANOPARTICLES ON THE OPTICAL PARAMETERS OF BIOLOGICAL TISSUES IN THE AREA OF TUMOR DEVELOPMENT Саратовский источник, Саратов, 40-41 (год публикации - 2022)
10.24412/cl-37003-2022-1-40-41

9. Анисимов Р.А., Верховский Р.А., Ломова М.В. , Наволокин Н.А. , Кочубей В.И., Янина И.Ю. Фотоцитотоксичность комплексов апконверсионных наночастиц с фотосенсибилизатором in vitro Типография ФГБОУ ВО «КубГТУ», Т.1, С.414-415 (год публикации - 2023)
10.26297/SbR6.2023.001

10. Анисимов Р.А., Верховский Р.А., Ломова М.В., Наволокин Н.А., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Photocytotoxicity of upconversion nanoparticles complexes with a photosensitizer in vitro Springer Verlag, 5, 15 (год публикации - 2023)
10.1007/s12551-023-01152-8

11. Кочубей В.И., Янина И.Ю. Применение апконверсионных наночастиц в качестве термодатчика для биоткани Общество с ограниченной ответственностью ФЭ, вып.6, С.354-355 (год публикации - 2023)
10.24412/2308-6920-2023-6-354-355

12. Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Анисимов Р.А., Ломова М.В., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Evaluation of the toxicity of nanocontainers containing upconversion particles and a photosensitizer molecule Общество с ограниченной ответственностью СТТ, P.205 (год публикации - 2023)

13. Лазарева Е.Н., Анисимов Р. А., Ломова М. В., Доронкина А.А., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Влияние дозы апконверсионных наночастиц на показатель преломления патологических тканей Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине – 2023: Сборник статей Всероссийской школы-семинара / под ред. проф. Ан.В. Скрипаля. – Саратов: Издательство «Саратовский источник», 2023, 42-45 (год публикации - 2023)

14. Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Анисимов Р. А., Ломова М. В., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Патоморфоз опухоли и изменения во внутренних органах лабораторных крыс с перевитым раком печени РС-1 при различной кратности введения частиц NaYF4+BSA и NaYF4+BSA+Cy3 Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине – 2023: Сборник статей Всероссийской школы-семинара / под ред. проф. Ан.В. Скрипаля. – Саратов: Издательство «Саратовский источник», 2023, 50-51 (год публикации - 2023)

15. Тучина Д. К., Лазарева Е. Н., Доронкина А. А., Анисимов Р. А., Ломова М. В., Мыльников А. М., Наволокин Н. А., Кочубей В. И., Янина И. Ю. Установление зависимостей между кратностью введения носителей фотосенсибилизатора и наночастиц с изменениями оптических параметров тканей перевитой опухоли лабораторных животных XXI Всероссийская молодежная Самарская конкурс-конференция по оптике, лазерной физике и физике плазмы, посвященная 300-летию РАН: сборник трудов конференции, (Самара, 14–18 ноября 2023 г.). – М.: Тровант, 2023, 28-29 (год публикации - 2023)

16. Лазарева Е.Н., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Тучина Д.К., Доронкина А.А., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Исследование влияния фотодинамического воздействия на оптические характеристики здоровых и патологических тканей Саратов: Изд-во «Саратовский источник», 288-293 (год публикации - 2023)

17. Анисимов Р. А., Ломова М. В., Кочубей В. И., Янина И. Ю. Исследование фотоцитотоксичности комплексов апконверсионных наночастиц с фотосенсибилизатором Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине: сборник трудов Всероссийской конференции, г. Орёл, 16-17 ноября 2023 года, С.55 (год публикации - 2023)

18. Лазарева Е.Н., Анисимов Р.А., Ломова М.В., Доронкина А.А., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Effect of the Dose of Upconversion Nanoparticles on the Refractive Index of Tissues in the Development of Model Liver Cancer Chinese-Russian Workshop on Biophotonics and Biomedical Optics-2023. Book of Abstracts/ Edited by P.A. Dyachenko, Dan Zhu and V.V. Tuchin – Saratov, Russian Federation. Publishing house "Saratov source", 2023, p 25-26, 25-26 (год публикации - 2023)
10.24412/CL-37135-2023-1-25-26

19. Доронкина А.А., Кочубей В.И., Максутова А.В., Правдин А.Б., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Янина И.Ю. NaYF4: Yb,Er Upconversion Nanoparticles for Imaging: Effect on Red Blood Cells Photonics. 2023; 10(12):1386., 10(12),1386 (год публикации - 2023)
10.3390/photonics10121386

20. Янина И.Ю., Верховский Р.А., Наволокин Н.А., Кочубей В.И. The Assessment of Photo-Induced Toxicity of [NaYF4:Yb3+, Er3+] Upconversion Nanoparticles on Model Normal and Cancer Cell Lines in Vitro Journal of Biomedical Photonics & Engineering VOL 10, NO 1 , 010309 (2024), VOL 10, NO 1 , 010309 (год публикации - 2024)
10.18287/JBPE24.10.010309

21. Кочубей В.И., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Янина И.Ю. Visualization of complexes of upconversional nanoparticles with a photosensitizer in biological objects Advanced Laser Technologies - 2023 (ALT`23) : Abstracts of the 30th International Conference, Samara, 18–21 сентября 2023 года. – Samara: ООО "Месол", 2023. – P. 73. – EDN WTRCUU., 73 (год публикации - 2023)

22. Лазарева Е.Н., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Доронкина А.А., Анисимов Р.А., Ломова М.В., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Влияние апконвесионных наночастиц на рефрактометрические свойства опухолевой ткани в условиях фотодинамической терапии ИЗВЕСТИЯ САРАТОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. НОВАЯ СЕРИЯ. СЕРИЯ: ФИЗИКА (год публикации - 2024)

23. Янина И.Ю., Тучина Д.К., Лазарева Е.Н., Анисимов Р.А., Ломова М.В., Доронкина А.А., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Кочубей В.И. ЗАВИСИМОСТЬ ДОЗЫ ВВЕДЕНИЯ АПКОНВЕРСИОННЫХ НАНОЧАСТИЦ С ИЗМЕНЕНИЯМИ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОПУХОЛИ Сборник тезисов, материалы Двадцать восьмой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-28, Новосибирск): материалы конференции, тезисы докладов: В 1 т.Т.1 – Новосибирск, издательство АСФ России, 2024, 163-165 (год публикации - 2024)

24. Тучина Д.К., Лазарева Е.Н., Анисимов Р.А., Ломова М.В., Доронкина А.А., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Влияние кратности введения нанокомплексов на изменения оптических параметров опухоли лабораторных животных XXIII Зимняя молодежная школа по биофизике и молекулярной биологии: тезисы докладов Молодежной конференции, Санкт-Петербург, 26 февраля – 2 марта 2024 г. –Гатчина: Изд-во НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ, 2024. – 208 с., 207-208 (год публикации - 2024)

25. Доронкина А.А., Правдин А.Б., Мыльников А.М., Кочубей В.И., Янина И.Ю. Effect of upconversion nanoparticles on erythrocytes Journal of Biomedical Photonics & Engineering, 2 (год публикации - 2024)

26. Лазарева Е. Н., Тучина Д. К., Анисимов Р. А., Верховский Р. А., Ломова М. В., Доронкина А. А., Мыльников А. М., Наволокин Н. А., Кочубей В. И., Янина И. Ю. Влияние введения апконверсионных наночастиц, покрытых оболочкой CaCO3, на оптические параметры биологических тканей в области развития опухоли Тровант, Москва, 2022, С. 30-32 (год публикации - 2022)

Публикации