Автореферат (1097616), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Впервые продемонстрировано5образование микропор в непосредственной близости от хондроцитов,способствующее доставке к клеткам питательных веществ и сигнальныхмолекул, что запускает механизм пролиферации и дифференцировки клетокгиалинового хряща. Построена двухмерная теоретическая модель образованияпор в полимерах, подвергающихся неоднородному лазерному нагреву.Впервые выявлен и исследован механизм стабилизации лазерноиндуцированного порообразования в суставном и реберном хрящах и в склереглаза, связанный с образованием газовых микро пузырьков.Диссертационная работа включает в себя не только экспериментальныеисследования физико-химических свойств разных типов биологической ткани иих изменений после неразрушающего лазерного воздействия, но и, основываясьна известных теоретических подходах, развивает новые модели, описывающиеразличные конкретные процессы лазерного воздействия на конкретный типбиологического объекта.

Теоретические модели позволили существенносократить количество in-vivo экспериментов и предварительно оценитьдиапазон оптимальной дозы облучения для достижения желаемого лечебногоэффекта для каждого типа биологической ткани.Так, например, диапазон мощностей, времен облучения и частотповторения импульсов для лазерно-индуцированного изменения формыреберного хряща, и диапазон лазерных интенсивностей для увеличениягидропроницаемости тканей глаза были вначале найдены теоретически, а затемуже подтверждены экспериментально.

Аналогичным образом областипорообразования и локализации максимальных изменений коллагеновойструктуры склеры глаза в результате термомеханического воздействияимпульсно-периодического лазерного излучения были вначале определены наоснове построенных теоретических моделей, а затем уже найдены иисследованы экспериментально с помощью атомно-силовой микроскопии,комбинированной оптоакустической и ультразвуковой микроскопии имикроскопии структурированного облучения с высоким разрешением.Защищаемые положения:1. Механизм регенерации гиалинового хряща суставов при импульснопериодическом лазерном нагреве на 10-20° C заключается (а) в формированиипор субмикронного размера в непосредственной близости от хрящевых клеток,способствующих доставке к клеткам питательных веществ; (б) в образовании иосцилляциях газовых пузырьков размерами 50-200 нм, осуществляющихтермомеханическое воздействие на клетки с заданной частотой и амплитудой;(в) в контролируемом увеличении градиентов температуры в глубине ткани,обеспечивающих ускорение массопереноса в околоклеточном пространстве идоставку к клеткам сигнальных молекул.62.

Лазерно-индуцированная релаксация напряжений в реберных хрящахтолщиной 2-4 мм лежит в основе новой технологии изготовления хрящевыхтрансплантатов стабильной формы для отоларингологии.3. Механизм формирования стабильных пор размерами 50-500 нм в склереглаза составляет основу новой технологии лазерной коррекции внутриглазногодавления при открытоугольной глаукоме.4. Ширина и максимум распределения лазерно-индуцированных пор поразмерам в хрящевой ткани и склере глаза связаны с разностью между угловойи радиальной компонентами тензора термических напряжений, возникающихпри неоднородном лазерном нагреве ткани.5.

Неаддитивный эффект термомеханического поведения хрящевой ткани,заключающийся во влиянии последовательности двухстороннего облученияизогнутого хряща на конечную его форму, проявляется в условиях, когдасуммарная глубина проникновения лазерного излучения и глубинараспространения тепла при лазерном нагреве сравнима с половиной толщиныпластины реберного хряща, используемой в технологии изготовления хрящевыхимплантатов.6. Существенную роль в стабилизации лазерно-индуцированноймодификации структуры хрящей и тканей глаза играют газовые микропузырьки размерами 50-200 нм, образующиеся при лазерном нагреве на 10-20°C вследствие температурной зависимости растворимости газов, тогда каксуществование таких пузырьков обеспечивается силами отталкиванияположительных ионов кальция, расположенных на поверхности пузырьков.Практическая значимость работы состоит в возможности примененияметода лазерного изменения формы реберного хряща для изготовленияимплантатов (трансплантатов) в клинических операциях по закрытию дефектовстенки трахеи.

Управление поглощением излучения в методах лазернойкоррекции формы хряща и активации его регенерации может производиться спомощью импрегнации магнитных наночастиц в микродефекты хрящевойструктуры. Запуск механизма регенерации посредством локализованноголазерного воздействия может быть использован при лечении различных формдегенерации суставного хряща. Применение остро сфокусированного доразмеров 6 мкм лазерного облучения может быть положено в основуотносительно дешевой технологии лазерного изготовления диагностическихматриц высокой плотности.Метод лазерного создания пористой системы в склере глаза уже началприменяться для снижения внутриглазного давления при лечении глаукомы, аметод изменения формы роговицы глаза может в дальнейшем быть использовандля лечения миопии, гиперметропии и астигматизма. Рекомендации пооптимизации лазерной технологии удаления пленок вторичной катаракты7может быть использована для минимизации побочных эффектов при лазернойдеструкции пленчатых помутнений глаза.Личный вклад автораВ диссертации представлены результаты исследований, выполненныхлично автором или при его решающем участии в период с 2005 по 2016 год влаборатории Биофотоники Института Фотонных Технологий Федеральногогосударственного учреждения «Федеральный научно-исследовательский центр«Кристаллография и фотоника» Российской академии наук» (старое название:Институт Проблем Лазерных и Информационных Технологий РАН).Личный вклад соискателя в формулировку проблемы, в постановку задачисследований и интерпретацию результатов является определяющим.Соискателем были проведены экспериментальные исследования полазерной модификации хрящевой ткани, и тканей глаза, а также обработка ианализ результатов.

Лично построены теоретические модели процессовраспространения тепла, происходящих при лазерном воздействии на реберныйхрящ, суставной хрящ, многокомпонентные диагностические матрицы и тканиглаза с учетом конкретных особенностей воздействия. В результате былитеоретически найдены оптимальные параметры лазерного облучения, а затемони были подтверждены в экспериментах при непосредственном участиисоискателя.В частности, соискателем построены теоретические моделираспространения лазерно-индуцированных полей напряжений при облучениивнешней поверхности биологического объекта на примере (1) хирургическоговоздействия в операциях септохондрокоррекции на носовой перегородке, (2)облучения реберного хряща, (3) суставного хряща, (4) склеры и (5) роговицы,(6) облучения трехкомпонентной среды для создания диагностических матриц,а также при облучении объема биологической ткани, реализуемого в случаевоздействия на пульпозное ядро межпозвонкового диска (7) и на пленкувторичной катаракты (8).Лично проводилась численная оценка силы влияния различныхпараметров, входящих в теоретическую модель температурного нагревабиологической ткани с приложением поверхностного надавливания и оценкаэффективности контрольной системы, применяемой в ранее разработанной ивнедренной в клиническую практику операции септохондрокоррекции.Соискателем лично проводились исследования методами атомно-силовоймикроскопии, методом комбинированной оптоакустической и ультразвуковоймикроскопии и микроскопии структурированного облучения с высокимразрешением, методом светорассеяния и пропускания ИК излучения.

Личнобыли подготовлены основные публикации по данной работе. Гистологические игистохимические исследования проводились при непосредственном участии8соискателя. Соискателем проанализированы и обобщены результаты работы,сформулированы выводы и защищаемые положения.Апробация работыОсновные результаты диссертации были представлены автором нароссийских и международных конференциях, в их числе: InternationalConference «Laser and Laser-Information Technologies: Fundamental Problems andApplications» (Bulgaria, Smolyan, 2006); International Conference on Lasers,Applications and Technologies (Belarus, Minsk, 2007); Международнаяконференция “Деформация и разрушение материалов и наноматериалов”(Россия, Москва, 2007); XII Международная научная конференция «ФизикоХимические Процессы при Селекции Атомов и Молекул и в Лазерных,Плазменных и Нано-Технологиях» (Россия, Ершово, 2008); The World Congresson Medical Physics and Biomedical Engineering (Germany, Munich, 2009); Научнопрактическая конференция «Лазеры в офтальмологии: вчера, сегодня, завтра»(Россия, Москва, 2009); Международная конференция «Новые информационныетехнологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» (Украина, Крым,Гурзуф, 2010); International Symposium on Laser Medical Applicatoions (Russia,Moscow, 2010); XI Межвузовская научная школа молодых специалистов«Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике,экологии и медицине» (Россия, Москва, 2007, 2010); Международнаяконференция «International Conference on Laser Applications and Technologies”(Россия, Казань, 2010); Национальный конгресс «Пластическая хирургия»(Россия, Москва, 2011); Всероссийская научно-практическая конференция смеждународным участием «Федоровские чтения», (Россия, Москва, 2011); XXBiennial Meeting of the International Society for Eye Research (Germany, Berlin,ISER 2012).

Международная Научно-практическая конференция офтальмологов«Филатовские чтения» (Украина, Одесса, 2012); VII Российскийобщенациональный офтальмологический форум (Москва 2014); Троицкаяконференция «медицинская физика и инновации в медицине» (Россия, Троицк2010, 2012, 2014); International Conference on Laser Applications in Life Sciences(Germany, Ulm, 2014); Всероссийский молодежный Самарский конкурсконференция научных работ по оптике и лазерной физике (Россия, Самара, XII2011, 2014); Конференция «Ломоносов» (Россия, Москва, 2014); InternationalSymposium on Biomedical Optics (San Jose CA, USA, 2008, 2009, 2015);International Symposium “Topical problems of biophotonics” (2015 Россия,Нижний Новгород); International Conference on Advanced Laser Technologies(Montenegro, Budva-2013; France, Cassis-2014; Portugal, Faro-2015); InternationalSymposium Optics and Biophotonics-III 19th International School for JuniorScientists and Students on Optics, Laser Physics & Biophotonics (Россия, Саратов,2015); 10 Съезд офтальмологов России, (Москва, 2015); International LaserPhysics Workshop (2011, 2015).9ПубликацииАвтором по теме диссертации опубликовано в рецензируемых российскихи международных изданиях из списка ВАК и библиографических баз Scopus иWeb of Science 24 статьи, кроме того, 2 главы в коллективных монографиях иполучен 1 патент РФ.

Результаты доложены и обсуждены на 33 всероссийских имеждународных конференциях (44 публикации).Достоверность полученных результатов подтверждается ихвоспроизводимостью, большим количеством статистически значимыхизмерений, а также корреляцией теоретических и экспериментальныхрезультатов и подтверждение результатов исследования независимымиметодами на различном оборудовании.Кандидатские диссертации, выполненные под руководством или приконсультации соискателя:1. Руководитель: Сошникова Юлия Михайловна «Исследованиеструктурных изменений при неразрушающем ИК лазерном воздействии нахрящевую ткань».2.

Консультант: Хомчик Ольга Владимировна «Лазероиндуцированныйгипотензивный эффект повышения гидропроницаемости склеры в лечениирефрактерных форм глауком».СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИДиссертация содержит Введение, 6 глав, Заключение с результатами ивыводами и список цитируемой литературы (177 ссылок). Материал изложен на255 страницах и сопровождается 147 рисунками и 12 таблицами. В каждойглаве предложена независимая нумерация рисунков, формул и таблиц.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо Введении к диссертации дана общая характеристика диссертационнойработы, обоснована актуальность исследований, сформулированы цели иконкретные задачи работы.

Характеристики

Список файлов диссертации