Диссертация (1144279), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В 2014 году, Pouponneau и др. продемонстрировал адресацию крупных (50 мкм) биополимерных магнитных микрокапсул в печени кролика,при помощи градиентных катушек МРТ системы, для задач трансартериальной химиоэмболизации (инкапсулированный доксирубицин) [33]. Капсулывводились через катетер в печёночную артерию, после чего при помощиградиентного магнитного поля задавалось направление потока магнитныхбиополимерных капсул в левую или правую ветвь печёночной артерии, врезультате чего капсулы возможно было локализовать либо в левой, либов правой печёночной доле.
Тем не менее, пространственная разрешающаяспособность градиентных МРТ катушек не позволяет концентрировать магнитные микрокапсулы локально, в пределах сосудистого сегмента, а подобные размеры микрокапсул не позволяют их вводить в системный кровоток,так как это может привести к закупорке сосудов (эмболия).Микроциркуляторное русло является транспортной системой, отвечающей за своевременную доставку питательных вещества и кислорода к тканям через кровь, с последующим удаление побочных продуктов метаболизма [36; 37]. Анормальный кровоток и модификация гемореологических характеристик крови в соответствии с конфигурацией кровеносных сосудов9имеют критическое значение для диагностике сосудистых паталогическихсостояний, на их ранних стадиях [38].
На сегодняшний день существует запрос не только на качественную визуализацию полимерных микроносителей в сосудистых сетях, но и на количественную оценку реакции кровеносных сосудов на введение инородных тел (микроносителей) [7]. Метод анемометрии по изображению частиц (PIV от англ. particle image velocimetry) заключается в пространственной визуализации распределения мгновенной скорости потока жидкости путем анализа двух и более последовательнозарегистрированных изображений перемещающихся частиц-трассеров [39].Трассеры, как правило, не различимы между собой, поэтому для оценкилокальной скорости потока используется среднее смещение группы трассеров в пределах некоторой области конечного размера, именуемой «расчетная область» (РО).
Наиболее распространенным способом при этом является оценка взаимной корреляционной функции изображений одной и тойже расчетной области, зарегистрированных в два последовательных момента времени. Смещение максимума корреляционной функции соответствуетсреднему по расчетной области перемещению частиц в плоскости изображения, и, следовательно, средней скорости потока [40].В контексте задач модификации таких крупных объектов, как клеточные подложки, поверхности медицинских имплантов и т.д., наиболее подходящими носителями биологически активных веществ, являются биополимерные наноплёнки [21; 22]. Полимерные трёхмерные микроструктурированные плёнки (ПТМП), с массивом микроконтейнеров на их внешнейповерхности, являются новым типом полимерных носителей, которые представляют собой полимерную наноплёнку, c массивом трёхмерных уединённых полых микроконтейнеров на её поверхности.
ПТМП могут изготовляться как методами последовательной адсорбции, так и методами микролитографии, что позволяет варьировать физикохимические свойство стенокмикроконтейнеров ПТМП [21; 22]. Также ПТМП плёнка позволяют герметично инкапсулировать как низкомолекулярные так и высокомолекулярныеводорастворимые биологически активные вещества в уединённых микроконтейнеров на поверхности ПТМП плёнки.
В результате достигается возможность равномерно распределять биологически активные вещества по10поверхности плёнки в виде небольших одинаковых кластеров, которые возможно активировать как по одиночке так и целыми группами посредствамлазерного излучения, ульитразвукового воздействия, механического воздействия или электромагнитными полями.Наиболее перспективным методом активации процессов высвобождения инкапсулированных биологически активных компонентов, являютсялазерные фототермические методы воздействия. Основными достоинствами лазерных оптических методов активации полимерных микроносителейявляется возможность селективно воздействовать на целевой полимерныемикроноситель в пределах биологического окна прозрачности биоткани.
С появлением биоразлогаемых оптических волокон [41], становитсяактуальными задачи не только по активации единичных полимерныемикроносителей, посредствам сфокусированного лазерного излучения, нои задачи связанные с активацией групп кластеров полимерных микроносителей глубоко в биологических тканях, при помощи лазерного излученияподведённого через оптическое волокно.Целью данной работы является разработка и апробация методов неинвазивной адресации, и активации полимерных микроносителей в живых системах.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:1. Разработка и апробация физических методов визуализации и магнитного захвата полимерных многослойных флуоресцентных микрокапсул, функционализированных магнитными наночастицами, вразветвлённых сетях кровеносных сосудов брыжейки крысы.2. Разработка и апробация методов магнитного захвата модельныхклеток MA-104, поглотивших магнитные флуоресцентные многослойные микрокапсулы, для формирования жизнеспособной клеточной колонии в стеклянном фантоме кровеносного сосуда.3.
Разработка неинвазивных оптических методов визуализации динамики микропотоков крови разветвлённой сети сосудов методами адаптивного корреляционного PIV анализа (Particle Image11Velocimetry) для визуализации и контроля движения полимерных/клеточных носителей.4. Разработка метода фототермической лазерной активации полимерной трёхмерных микроструктурированной плёнки, с массивом микроконтейнеров на её внешней поверхности, в фантоме мягких тканей, на основе агарозного геля, при помощи оптического многомодового волокна.5.
In situ лазерная инфракрасная активация клеточной подложки, наоснове полимерной трёхмерных микроструктурированных плёнки,с массивом микроконтейнеров на её внешней поверхности, длядоксициулин-индуцированной активации экспрессии зелёногофлуоресцентного белка (Green Fluorescence Protein) у единичныхклеток.Основные положения, выносимые на защиту:1. In vivo адресация магнитных многослойных микрокапсул, под действием градиентного магнитного поля, происходит в зонах изгибови ветвлений васкулатурной сети.2. Клетки способны поглощать магнитные флуоресцентные многослойные микрокапсулы и формировать жизнеспособную клеточную колонию по действием градиентного магнитного поля.3. Использование полимерных трёхмерных микроструктурированныхплёнок с массивами полых контейнеров, в качестве клеточнойподложки, позволяет активировать, посредствам фототермического лазерного воздействия, как единичные микроконтейнеры, длядоксициклин-индуцированной активации экспресии зелёного флуоресцентного белка единичных клеток, так и группы микроконтейнеров полимерной трёхмерной микроструктурированной плёнки,для задач управляемого релиза инкапсулированного вещества внутри мягких тканей.4.
Установлено, что единичный микроконтейнер полимерной трёхмерной микроструктурированной клеточной подложки способенвыступать в качестве носителя доксициклина, высвобождение12которого способно стимулировать экспрессию зелёного флуоресцентного белка, по меньшей мере, в одной клетке.Научная новизна:1. В данной диссертационной работе впервые была реализована методика адресации флуоресцентных многослойных микрокапсул впотоке крови in vivo при помощи электромагнитного пинцета в пределах выбранного сосудистого сегмента васкулатурной сети.2.
Впервые была реализована методика магнитного захвата модельных клеток МА-104, поглотивших магнитные флуоресцентныемногослойные микрокапсулы, в стеклянном фантоме кровеносногососуда. В результате была сформирована жизнеспособная клеточная колония в месте неразрушающего магнитного воздействия.3. Разработана безмаркерная методика визуализации сосудистых сетей на основе кросс-корреляционных алгоритмов для построениякарт скоростей крови в сосудистых сетях. Разработана методикамаскирования границ сосудов на основе методов локальной бинаризации яркостных картин кровеносных сосудов.4. Разработана методика фототермической активации полимернойтрёхмерных микроструктурированной плёнки, с массивом микроконтейнеров на её поверхности, при помощи инфракрасного лазерного воздействия через многомодовое оптическое волокно.
Лазерная фототермическая активация микроструктурированной полимерной плёнки производилась внутри фантома мягких тканей.5. Впервые была продемонстрированна система лазерной инфракрасной фототермической активации единичных микроконтейнеровтрёхмерных микроструктурированной плёнки, с последующимвысвобождением инкапсулированного доксициклина. Разработанаметодика доксициклин-индуцированной активации экспрессии зелёного флуоресцентного белка у единичных клеток, на клеточнойподложки, на основе полимерной трёхмерных микроструктурированной плёнки, с массивом микроконтейнеров на её поверхности.13Научная и практическая значимостьПолимерные микроносители находят своё применения для целогоспектра биофизических задач, связанных с адресной доставкой биологически активных веществ. Флуоресцентные полимерные микрокапсулы, функционализированные магнитными наночастицами способны контролируемонакапливаться в целевом участке биологимческой ткани, под действиемвнешнего градиентного магнитного поля.
В перспективе данный подходпозволит локально вводить полимерные носители в проблемную зону биологической ткани и локализовывать их распределения в данной области посредствам магнитного поля, снижая цитотоксическое воздействие применяемых лекарственных средств за счёт уменьшения их дозировки. В частности, магнитные микрокапсулы способны выступать в качестве носителейопухолевых супрессоров в рамках задач по лечению онкологических заболеваний.Полимерные микроструктурированные плёнки, с массивом микроконтейнеров на своей внешней поверхности, обеспечивают контролируемуюинкапсуляцию химически активных компонентов в виде небольших кластеров, равномерно распределённых по поверхности полимерной плёнки.Подобные полимерные плёнки могут найти своё применение не только дляконтролируемой доставки лекарственных средств, но и в качестве антикоррозионных покрытий, для задач микроэлектроники, тканевой инженерии исохранения продуктов питания.Диссертационная работа выполнена при поддержке следующихнаучных фондов:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
