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
2289

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 добавок с омега-3 может способствовать ухудшению когнитивных функций у пожилых людей

Популярность добавок с омега-3 полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК) у пожилых людей может иметь обратную сторону....
Читать статью

Умный пластырь на основе света ускоряет вдвое скорость заживления ран

Группа исследователей из Южной Кореи разработала умный пластырь, который самостоятельно регулирует интенсивность выделения лекарственного вещества....
Читать статью

Перенесенные черепно-мозговые травмы повышают риск эмоциональных нарушений у детей

Недавнее поперечное исследование, результаты которого были опубликованы в журнале JAMA Network Open, показало, что у детей и подростков 6–17 лет...
Читать статью

Набор веса на третьем десятилетии жизни имеет самые серьезные последствия для здоровья

Исследователи из Швеции проанализировали данные более 600 тыс. человек 17–60 лет в попытке найти связь между увеличением веса и риска смерти от ...
Читать статью

Лучевая терапия может способствовать рецидиву трижды негативного рака молочной железы

Лучевая терапия при агрессивной форме рака молочной железы может спровоцировать клеточную реакцию, из-за которой снижается эффективность лечения. ...
Читать статью

Выявлены новые генетические факторы токсикоза при беременности

Исследователи из США обнаружили шесть новых генов, связанных с развитием тяжелой формы токсикоза — гиперемезисом беременных (ГБ), который встреч...
Читать статью

Новый препарат увеличивает в два раза выживаемость при раке поджелудочной железы

В США завершилось рандомизированное клиническое исследование элраглусиба – экспериментального препарата для лечения рака поджелудочной железы, н...
Читать статью

Наличие генетических вариаций может влиять на снижение эффективности агонистов GLP-1

Новое международное исследование позволило лучше понять механизм резистентности к GLP-1, которая встречается примерно у 10% пациентов, получающих тера...
Читать статью

Предложен новый вариант комбинированной терапии болезни Альцгеймера с применением растительных биодобавок

Согласно результатам недавнего исследования, проведенного в Университете Ватерлоо (Канада), комбинация антиамилоидных моноклональных антител с растите...
Читать статью

Найдены предпосылки для создания назальной вакцины от гриппа

Шведские исследователи сделали открытие, которое может помочь в разработке новых эффективных вакцин против гриппа. ...
Читать статью