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
1913

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

Пластырь с антигенами арахиса эффективен в лечении аллергии у детей

Согласно данным, представленным на Ежегодной научной конференции Американского колледжа аллергии, астмы и иммунологии, применение пластыря с антигенам...
Читать статью

Назначение препаратов кальция не предотвращает развитие преэклампсии у беременных женщин

Согласно данным обновленного Кокрейновского обзора, назначение препаратов кальция не снижает риск преэклампсии при беременности. Это подтверждает неод...
Читать статью

Новый метод быстрой ПЦР позволяет обнаружить сальмонелл в продуктах питания за несколько часов

Новое исследование, опубликованное в журнале  Frontiers in Microbiology, описывает универсальный метод на основе ПЦР в реальном времени, который ...
Читать статью

В США разработан неинвазивный метод мониторинга уровня гликемии

В Массачусетском технологическом институте (США) был разработан неинвазивный метод измерения уровня глюкозы крови, который может быть использован для ...
Читать статью

Сахарозаменитель сорбит может увеличивать риск развития стеатоза печени

Широко известный сахарозаменитель сорбит может участвовать в развитии стеатоза печени и повышать активность раковых клеток. Такие данные были получены...
Читать статью

Новая технология расширяет возможности 3D-визуализации мозга

Ученым из Института Пауля Шеррера (Швейцария) и Института Фрэнсиса Крика (Великобритания) удалось получить беспрецедентно точное 3D-изображение ткани ...
Читать статью

Состав микробиома носовой полости связан с носительством золотистого стафилококка

У носителей  золотистого стафилококка  (S. aureus) в полости носа уменьшено видовое разнообразие других бактерий, некоторые из которых могут...
Читать статью

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