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
1800

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

Фототерапия ярким светом улучшает зрительные функции при болезни Паркинсона

В Китае завершилось исследование, подтвердившее эффективность ежедневной фототерапии для улучшения зрительных функций у пациентов с болезнью Паркинсон...
Читать статью

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2025 года вручена за исследования в области иммунитета

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2025 года была вручена Мэри Бранкоу (США), Фреду Рэмсделлу (США) и Симону Сакагути (Япония) за открытие пе...
Читать статью

Для лечения первичного сифилиса достаточно однократного введения антибиотика

Исследователи из США выяснили, что однократная инъекция бензатина бензилпенициллина так же эффективна для лечения первичного сифилиса, как и три инъек...
Читать статью

Прием метотрексата в низких дозах не способствует уменьшению боли при остеоартрите коленного сустава

Согласно результатам недавнего исследования, результаты которого были опубликованы в журнале JAMA Internal Medicine, назначение метотрексат в низких д...
Читать статью

На Конгрессе ESC 2025 были представлены обновленные рекомендации по лечению дислипидемии

На Конгрессе ESC 2025, который прошел с 29 августа по 1 сентября в Мадриде, были представлены рекомендации ESC/EAS по достижению оптимального уровня л...
Читать статью

Представлены новые европейские рекомендации по лечению миокардита и перикардита

Участники Конгресса ESC 2025 ознакомились с новыми рекомендациями международной группы экспертов по диагностике и лечению миокардита и перикардита. До...
Читать статью

Обновлены европейские рекомендации по лечения клапанных пороков сердца

На Конгрессе ESC 2025 были представлены обновленные рекомендации ESC/EACTS по ведению пациентов с дефектами клапанного аппарата сердца. Документ, подг...
Читать статью

Разработана новая методика иммунотерапии для лечения метастатического рака почки

Исследователи из США представили новый вариант иммунотерапии с использованием специально сконструированных иммунных клеток, оснащенных «оружием&...
Читать статью

Обнаружен новый механизм ингибирования атаки Т-клеток на опухоли

Ученые из Гарвардской медицинской школы обнаружили еще один белок, который подавляет способность Т-клеток уничтожать опухоли. В будущем эти данные мог...
Читать статью

В США одобрено первое устройство для стимуляции блуждающего нерва при ревматоидном артрите

Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США одобрило новое медицинское устройство для стимуляции блуждающего нерва, ...
Читать статью