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
2054

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

Прием альфа2-адреномиметиков связан с уменьшением чрезмерного употребления алкоголя

Исследователи из США обнаружили, что селективный альфа2-адреномиметик гуанфацин, который применяется для лечения СДВГ, способен уменьшить чрезмерное у...
Читать статью

Завершена работа над банком данных, необходимых для формирования специфических иммунных клеток

Ученые из Лундского университета (Швеция) завершили работу над созданием «библиотеки» факторов, которые играют важную роль в приобретении ...
Читать статью

Новая роботизированная система позволит выполнять сложные операции при окклюзиях вен сетчатки

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса (США) разработали роботизированную систему, которая способна точно выполнять процедуру канюлирования вен...
Читать статью

Употребление кофе препятствует повышению уровня глюкозы в крови

Новое исследование, проведенное в Китае, показало, что некоторые соединения, которые содержатся в обжаренных кофейных зернах, могут замедлить скорость...
Читать статью

Новое биоразлагаемое устройство способствует успешному восстановлению скелетных мышц

В Китае разработано полностью биоразлагаемое автономное устройство для ускорения регенерации скелетных мышц. ...
Читать статью

Разработана модель искусственного интеллекта, способная выявить предиабет с помощью ЭКГ

Японские ученые разработали модель искусственного интеллекта под названием DiaCardia, которая способна выявлять предиабет только на основе данных ЭКГ....
Читать статью

Аномально расположенные нейроны способны полноценно выполнять свои функции

Исследователи из Женевского университета (UNIGE) обнаружили, что нейроны, расположенные в атипичном месте, могут успешно выполнять свои обычные функци...
Читать статью

Обнаружена способность кардиомиоцитов к восстановлению после инфаркта миокарда

Новое исследование, проведенное в Австралии, показало, что клетки сердечной мышцы способны к восстановлению после инфаркта. Полученные данные меняют п...
Читать статью

Предложен новый метод прогнозирования обострений бронхиальной астмы

Ученые из США и Швеции разработали новый метод высокоточного прогнозирования обострений бронхиальной астмы. Исследование, результаты которого были опу...
Читать статью

Новое носимое устройство позволяет преодолеть нарушения речи после инсульта

Ученые из Кембриджского университета (Великобритания) разработали носимое устройство Revoice, помогающее преодолеть дизартрию у пациентов после инсуль...
Читать статью