Диссертация (1144279), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Этосвойство помогает избежать процессов агломерации полимерных микроносителей в крови in vivo [72].Поверхность наночастиц 3 4 обладает высокой химической активностью. Также наночастицы 3 4 окисляются в присутствии кислорода,что может привести к значительному уменьшению их магнитных свойств,а также их диспергируемости. Поэтому наночастицы 3 4 , как правило,не применяются в чистом виде для биофизических задач, используютсядля функционализации различных систем адресной доставки лекарственных средств [73].В публикации Павлова А.М. [32] демонстрируется, что модельныеклетки 293Т могут быть функционализированны магнитными микрокапсулами 3 4 . Было показано, что клетки, поглотившие магнитные микрокапсулы (PLA/DS)3 /PEI, способны предсказуемо перемещаться под действиемградиентного магнитного поля.
В качестве источника магнитного поля применялся прямоугольный постоянный магнит. Клетки линии 293Т высевались в 24 луночный планшет (150 000 клеток на лунку). Через 24 часа,микрокапсулы добавлялись в лунки планшета в соотношении 1:1 или 1:10клеток на капсулу.Далее, под каждую лунку столбцов 5 и 6, помещался небольшой прямоугольный магнит (в левой области лунки), на всё время эксперимента.Через 72 часа субстрат люциферазы добавлялся в каждую лунку клеточного планшета с последующей регистрацией свечения флуоресценции клеток.Усреднённые значение свечения флуоресценции в пределах прямоугольнойобласти каждой лунки строки А 1.9a, представленны на столбовой диаграмме 1.9б. Данные усреднялись по каждому столбцу 24 луночного планшета(доверительный интервал). Продемонстрировано, что клетки с магнитнымимикрокапсулами движутся по направлению к зане расположения магнита.29Согласно представленным данным, клетки, поглотившие магнитные микрокапсулы, переместились в зону расположения постоянного магнита.Рисунок 1.10 — In vivo магнитная МРТ навигация ферромагнитной сферыдиаметром 1,5 мм в сонной артерии живой свиньи.
Траектория следованиясферы определяется при помощи метода рентгеновской ангиографии.Зелёные точки показывают перемещение сферы в реальном масштабевремени. Белые круги диаметром 20 мм вокруг точек показывают ихпримерную локализацию, которая определялась при помощи МРТсистемы. Белая стрелка показывает направление движенияферромагнитной сферы. Зоны перемещения ферромагнитной сферымаркированы цифрами 1, 2 и 3 [35].По сравнению с постоянными магнитами, электромагнитные системы обладают рядом ключевых преимуществ. 1) Электромагнитные системыпозволяют управляемо активировать или деактивировать магнитное поле. 2)Электромагнитные системы позволяют контролировать силы, действующиена магнитные микрокапсулы, что может применяться для анализа жёсткости клеточных мембран [34].
3) Электромагнитные системы позволяют концентрировать электромагнитное поле в некотором объёме, что позволяет30управлять движением магнитных носителей с высоким пространственнымразрешением.Магнитным системам доставки биологически активных веществ, уделяется повышенное внимание научного сообщества, однако проблема концентрации магнитных микроносителей в живых системах остаётся открытой. В 2007 году, Martel et all. продемонстрировали принцип трёхмернойнавигации стальной сферы, размерами 1,5 мм (0,0136 г.) в сонной артерииживой свиньи in vivo, используя градиентные катушки МРТ системы [35],при величине магнитной индукции B0 =1,5 Тл.
Сфера вводилась в артериюсвиньи при помощи катетера. Визуализация артерии производилась при помощи рентгеноконтрастной ангиографии. Далее сфера перемещалась градиентным магнитным полем МРТ системы, между участками артерии 1,2 и3, в прямом и обратном направлении 1.10.В 2011 году была проведена попытка контроля распределения магнитных микроносителей in vivo в более мелких кровеносных сосудах, при помощи градиентных электромагнитных катушек МРТ систем, для задач трансартериальной химиоэмболизации [33; 74]. Для этого применялись микрокапсулы, на основе полигликолиевой и полимолочной кислот (PLGA), 30%объёма которых составляли наночастицы 3 4 . Разммер микрокапсул составлял 50 мкм.
В качестве противоопухолевого агента применялся доксирубицин (DOX), инкапсулированный в данные микрокапсулы. За первые 5минут, данные капсулы выпускают 25% DOX и ещё порядка 50% DOX запоследующие 3 дня [74]. Полимерные микрокапсулы вводились кролику, вартерию почки, через катетер. Кровеносная сеть почки кролика визуализировалась при помощи метода рентгеноконтрастной ангиографии 1.11.31Рисунок 1.11 — Управляемая (МРТ) химиоэмболизация в печени кроликапри помощи терапевтических магнитных носителей (ТМН).
Изображение(a) соответствует схематическому представлению ТМН спротивоопухолевым препаратом. Изображение (б) представляет собойСЭМ изображение ТМН. Изображения (в, г) - рентгеноконтрастныеизображения артерии печени кролика с наложенными изображениямираспределения TMН без (в) и с (г) МРТ навигацией микрокапсул. Наизображении (в), микроносители доставляются в артерию печени кроликачерез катетер. Изображение (г) показывает МРТ навигацию микрокапсул вартерии печени кролика. Изображения (д-ж) соответствуют in vivo T2 взвешенным МРТ изображениям печени кролика до (д) и после введенияТМН через катетер без (е) и с МРТ навигацией (ж).
Без МРТ навигации,правая и левая доли печени затемнены, что указывает на присутствие ТМНво всей печени. При МРТ навигации потока ТМН в артерии печени, потокТМН направляется в левое артериальное ответвления, оставляю тканипечени вокруг правой артериальной ветви, свободными от ТМН [33].1.5Методы визуализации движения форменных элементов кровиМикроциркуляторное русло является транспортной системой, отвечающей за своевременную доставку питательных вещества и кислорода к тканям через кровь, с последующим удаление побочных продуктов метаболизма [36;37] Движение клеток крови вызывает сдвиговую деформацию клеток32эндотелия, которая определяет физиологических отклик артерий и артериолна повышение скорости кровотока [75]. Анормальный кровоток и модификация гемореологических характеристик крови в соответствии с конфигурацией кровеносных сосудов имеют критическое значение в диагностикесосудистых заболеваний.
На сегодняшний день известно, что сдвиговое напряжение на стенки сосудов являются важным фактором эмбриональногокардиогенеза, а также играет определяющую роль в развитии патологии атеросклероза [76]. Таким образом, именно количественные данные о скоростикровотока в естественных условиях могут предоставить важную информацию для раннего выявления нарушений системы кровообращения [38]. Также, для более детального понимания механизмов возникновения сосудистых патологических состояний критически важную роль играет не толькоизмерение объёмного расхода крови в пределах васкулатурного сегмента, нои его пространственное распределение по разветвлённому участку сосудистой сети.
Таким образом, проблема мониторинга объёмного расхода кровибиоткани может быть сведена к двум задачам: 1) выявление пространственной структуры сосудистых ветвлений и их границы; 2) измерение пульсацийкрови в пределах отдельных сегментов, разветвлённой сети сосудов. Основными методами визуализации геометрии васкулатурной сети являютсяинвазивные методы флуоресцентноа ангиографии [77] и рентгеноконтрастная ангиография (РКА) [78]. Основными недостатками подобных методикявляется необходимость применения токсичных контрастирующих агентов.Неинвазивная методика магнитно-резонансная ангиография (МРА) [79] позволяет визуализировать 3D морфологию сосудистой сети мозга, однако дляоценки динамики кровообращения необходимо применять контрастирующие агенты.Для неинвазивных измерения скорости крови широко распространеныметоды спекл-визуализации (LASCA) [80], допплеровская оптическая когерентная томография (ДОКТ) [81], методы лазерной допплеровской флуометрии (ЛДА) [82] и методы анемометрии по изображению частиц (PIV)[39; 83–86].
Методы, основанные на анализе лазерных спеклов, не позволяют получать абсолютные значения скорости и направления потока крови [80]. ЛДА системы позволяют измерять абсолютные значения скоро-33сти крови только в пределах единичного сосуда. ДОКТ не позволяет измерять пульсации скорости крови в мельчайших капиллярах, а также является крайне чувствительным к непроизвольным движением исследуемогообъекта [81], что делает невозможным анализ процессов локального регулирования кровоснабжения клетками эндотелия. Метод PIV [83] заключается в измерении мгновенной скорости потока путем анализа двух и болеепоследовательно зарегистрированных изображений перемещающихся в потоке частиц-трассеров. Трассеры, как правило, не различимы между собой,поэтому для оценки локальной скорости потока используется среднее смешение группы трассеров в пределах некоторой области конечного размера,называемой «расчетная область» (РО).
Наиболее распространенным способом при этом является оценка взаимной корреляционной функции изображений одной и той же расчетной области, зарегистрированных в два последовательных момента времени. Смещение максимума корреляционнойфункции соответствует среднему по расчетной области перемещению частиц в плоскости изображения, и, следовательно, средней скорости потока.Разбиение изображения потока на расчетные области позволяет получить векторную карту пространственного распределения скорости движения трассеров в нем. При этом расчетные области располагаются, какправило, равномерно в виде прямоугольной сетки, иногда с частичным перекрытием. Размер расчетной области выбирается малым по сравнению спространственным масштабом изменения скорости потока, и большим поотношению к максимальному смещению частиц трассеров за интервал времени между регистрацией двух последовательных изображений [83].
Начиная с 2005 года метод PIV начал применяться для измерения скоростикрови на сосудах куриного эмбриона [87], однако применение данной методики для регистрации и анализа физиологического отклика живых системна внешнее воздействие (физическое, химическое, оптическое и их комбинации) требует адаптации данной методики для работы с биологическимиобъектами, из-за невозможности жёсткой фиксации живого объекта в пределах поля зрения микроскопа (сердечная активность, дыхание и т.д.).На сегодняшний день существует множество методов направленныхна решение комплексной задача анализа функционального состояния сер-34дечнососудистой системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
