Физтехи предложили новый способ безыгольных инъекций

Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами представили инновационный способ безыгольных инъекций. Работа опубликована в журнале Advanced Science и на официальном сайте Московского физико-технического института.
 

Главная
Новости
Физтехи предложили новый способ безыгольных инъекций
1863

Безыгольное введение медицинских препаратов в живые ткани позволяет снизить возможное заражение и возникновение боли у пациентов. Хотя известно о довольно большом количестве различных предложений, включая решения на основе лазеров, контролируемое введение лекарств без игл все еще остается нерешенной задачей. Поэтому исследователи из МФТИ изучили возможности световых инструментов для решения этой задачи. 
Со времени своего появления в 1970-х годах оптомеханические инструменты были значительно усовершенствованы и нашли применение там, где используются движение, ускорение и захват наночастиц светом. Оптические пинцеты оказались полезными в биологических исследованиях, поскольку они позволяют контролировать движение объектов микро- и наномасштаба, разворачивать белки и молекулы, измерять силы в масштабе пиконьютонов и могут предоставлять многие другие возможности.


Движение и ускорение наночастиц светом имеют как фундаментальное, так и прикладное значение во многих дисциплинах. Одним из примеров является безыгольная инъекция биомедицинских нанокапсул в живые ткани. В нашей работе исследуется новый физический механизм лазерно-индуцированного ускорения частиц, основанный на аномальном оптотермическом расширении облучаемых частиц. Результаты исследования показали, что подобные световые инструменты эффективно справляются с переносом частиц в слои ткани и, таким образом, могут внести значительный вклад в развитие персонализированной медицины, — поясняет Денис Кислов, научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур МФТИ.

 

Эксперимент проводился с микрочастицами ватерита радиусом 2 мкм. Ватерит представляет собой модификацию карбоната кальция (CaCO3). Благодаря их высокой несущей способности, биоразлагаемости, биосовместимости, простоте и низкой стоимости изготовления микрочастицы ватерита являются чрезвычайно многообещающей неорганической платформой для доставки лекарств. Кроме того, эти микрочастицы могут быть спроектированы в различных формах, что влияет на их оптические и биологические функции. Пористые частицы также могут быть нагружены контрастными включениями, например, металлическими нанозернами, что серьезно влияет на силу взаимодействия света и вещества в композите. Это перспективно для будущих схем оптомеханических манипуляций.
Исследователи нанесли микрокапсулы ватеритана на покровное стекло, которое разместили на инвертированном микроскопе. Частицы облучались фемтосекундными лазерными импульсами. Частицы размером 2 мкм были изготовлены для лучшей визуализации: для доставки лекарств благоприятны меньшие размеры, ниже ≈0,5 мкм, из-за аспектов клеточного поглощения. 


Микроскопическое изображение частиц до и после взаимодействия с лазером показало, что после его воздействия один элемент исчез (лазер был сфокусирован именно на этом месте). Поглощение света частицей приводило к дальнейшему тепловому расширению, что поднимало центр масс частицы и вызывало тем самым ускорение. Скорость частицы в опыте составила около 15 м/с. В качестве мишени были использованы яйцеклетки лягушек. Трехмерное флуоресцентное изображение после инъекции подтвердило успешное включение частиц в ткани.

 

Александр Шалин, ведущий научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур МФТИ: «Мы исследовали возможность реализации схемы безыгольной инъекции путем оптотермического ускорения частицы к мишени. Были исследованы микрочастицы ватерита, являющиеся одной из наиболее перспективных платформ для доставки лекарств. Помимо предоставления частице достаточной скорости для проникновения в мишень, она должна быть отделена от поверхности. Чтобы преодолеть связь капсулы с подложкой без использования чрезмерной мощности лазера, мы использовали фемтосекундные импульсы. После наблюдения эффекта скачка частиц нашей командой была предложена и проанализирована физическая модель процесса. Будучи актуальной для биомедицинских приложений, наша концепция еще больше расширяет возможности оптических инструментов в приложениях для доставки лекарств».

 

Таким образом, командой разработчиков была продемонстирована оптотермическая лазерная безыгольная инъекция в биологический материал. Дальнейшие исследования поспособствуют разработке светочувствительных нанокапсул, которые могут быть оснащены дополнительными оптическими и биомедицинскими функциями для доставки, мониторинга и контролируемой биомедицинской дозировки. В исследовании, кроме ученых из МФТИ, принимали участие их коллеги из Университета Тель-Авива, Технического университета Риги и МГУ им. М. В. Ломоносова.

 

источник

Другие статьи

Листай дальше, чтобы увидеть все статьи

Трийодтиронин может играть ключевую роль в развитии рака предстательной железы

В новом исследовании международной исследовательской группы под руководством Университета Умео (Швеция) и Венского медицинского университета (Австрия)...
Читать статью

Сахарный диабет 2 типа повышает риск потери слуха

В Otolaryngology–Head and Neck Surgery , рецензируемом журнале Американской академии отоларингологии (Head and Neck&nbs...
Читать статью

Физические упражнения могут улучшить состояние детей с бронхиальной астмой

Согласно последним данным, адаптированные физические упражнения способствуют увеличению жизненной емкости легких, уменьшению симптомов воспаления...
Читать статью

Анализ агрегационной активности тромбоцитов может выявить повышенный риск болезни Альцгеймера

Оценка агрегации тромбоцитов, проведенная у людей среднего возраста, может быть полезной для выявления риска развития болезни Альцгеймера. По дан...
Читать статью

Обнаружена генетическая связь между неврологическими и психическими заболеваниями

Ученые из Норвегии обнаружили выраженные генетические связи между неврологическими (мигренью, инсультом и эпилепсией) и психическими расстройствами (ш...
Читать статью

Ежедневное употребление кофе способствует уменьшению частоты рецидивов фибрилляции предсердий

В журнале JAMA были опубликованы результаты рандомизированного клинического исследования DECAF, согласно которым употребление одной чашки кофе в день ...
Читать статью

Назначение бета-блокаторов не помогает улучшить клинические результаты у пациентов после инфаркта миокарда с сохраненной фракцией сердечного выброса

Согласно результатам мета-анализа, представленным на Ежегодной научной сессии Американской кардиологической ассоциации, прием бета-блокаторов не ...
Читать статью

Уровень клиренса лактата может быть использован для оценки лечения кардиогенного шока

На последней конференции SCAI SHOCK, которая прошла в сентябре в США, эксперты Общества сердечно-сосудистой ангиографии и вмешательств (SCAI) предложи...
Читать статью

Регулярное проведение маммографии связано с увеличением продолжительности жизни женщин старше 80 лет

Новое исследование, проведенное в США, показало, что регулярное проведение маммографии может быть полезным для женщин старческого возраста. В журнале ...
Читать статью

Инновации в области ИИ меняют подходы к диагностики и лечению острого лейкоза

Ученые из США разработали инновационный инструмент для диагностики острого лейкоза с использованием нейронной сети MARLIN (Methylation- and AI-guided ...
Читать статью