Образец для цитирования:

Зайцев С. М., Башкатов А. Н., Тучин В. В., Генина Э. А. Оптическое просветление как способ увеличения глубины детектирования наночастиц в коже при ОКТ-визуализации // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика. 2018. Т. 18, вып. 4. С. 275-284. DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2018-18-4-275-284


УДК: 
535:53.06
Язык публикации: 
русский

Оптическое просветление как способ увеличения глубины детектирования наночастиц в коже при ОКТ-визуализации

Аннотация

Наночастицы диоксида титана в настоящее время широко используются как для создания солнцезащитных фильтров, так и в качестве носителей лекарственных препаратов. Одним из путей трансэпидермальной доставки данных наночастиц в дерму кожи является их проникновение по волосяным фолликулам. Однако оптический контроль заполнения фолликулов наночастицами достаточно затруднен из-за сильного светорассеяния в коже. Таким образом, целью работы является исследование возможности увеличения оптической глубины детектирования наночастиц в волосяном фолликуле с помощью оптической когерентной томографии при оптическом просветлении кожи. В работе использовался оптический когерентный томограф для визуализации наночастиц диоксида титана диаметром ~25 нм, локализованных в волосяных фолликулах лабораторных крыс ex vivo и in vivo. Для внедрения наночастиц в фолликулы использовался ультрасонофорез с частотой 1 МГц, мощностью 1 Вт и временем облучения от 1 до 8 мин. Для увеличения оптической глубины детектирования частиц на поверхность кожи наносились иммерсионные агенты: полиэтиленгликоль (ПЭГ-400) или смесь ПЭГ-400 и диметилсульфоксида (ДМСО) в соотношении 80 и 20%, соответственно. Показано, что при использовании смеси ПЭГ-400 и ДМСО глубина детектирования увеличилась в среднем в 2.8 раз, в то время как при использовании только ПЭГ-400 глубина детектирования частиц увеличилась менее чем на 20%. Таким образом, использование оптических просветляющих агентов позволило увеличить оптическую глубину детектирования наночастиц в волосяных фолликулах, при этом наибольшую эффективность продемонстрировала смесь ПЭГ-400 и ДМСО.

Литература

1. Popov A. P., Zvyagin A. V., Lademann J., Roberts M. S., Sanchez W., Priezzhev A. V., Myllyla R. Designing inorganic light-protective skin nanotechnology products // J. Biomed. Nanotechnol. 2010. Vol. 6, № 5. P. 432‒451. DOI: https://doi.org/10.1166/jbn.2010.1144

2. Lademann J., Richter H., Teichmann A., Otberg N., Blume- Peytavi U., Luengo J., Weiss B., Schaefer U. F., Lehr C. M., Wepf R., Sterry W. Nanoparticles ‒ an effi cient carrier for drug delivery into the hair follicles // Eur. J. Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 2007. Vol. 66, iss. 2. P. 159‒164. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2006.10.019

3. Jung S., Patzelt A., Otberg N., Thiede G., Sterry W., Lademann J. Strategy of topical vaccination with nanoparticles // J. Biomed. Opt. 2009. Vol. 14, iss. 2. P. 021001. DOI: https://doi.org/10.1117/1.3080714

4. Lademann J., Knorr F., Richter H., Jung S., Meinke M. C., Rühl E., Alexiev U., Calderon M., Patzelt A. Hair follicles as a target structure for nanoparticles // J. Innov. Opt. Health Sci. 2015. Vol. 8, № 4. P. 1530004. DOI: https://doi.org/10.1142/S1793545815300049

5. Самусев Р. П., Липченко В. Я. Атлас анатомии человека. М. : Оникс 21 век ; Мир и образование, 2002. 544 c.

6. Azagury A., Khoury L., Enden G., Kost J. Ultrasound mediated transdermal drug delivery // Advanced Drug Delivery Reviews. 2014. Vol. 72. P. 127‒143. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addr.2014.01.007

7. Volkova E. K., Yanina I. Y., Genina E. A., Bashkatov A. N., Konyukhova J. G., Popov A. P., Speranskaya E. S., Bucharskaya A. B., Navolokin N. A., Goryacheva I. Y.,Kochubey V. I., Sukhorukov G. B., Meglinski I. V., Tuchin V. V. Delivery and reveal of localization of upconversion luminescent microparticles and quantum dots in the skin in vivo by fractional laser microablation, multimodal imaging, and optical clearing // J. Biomed. Opt. 2018. Vol. 23, iss. 2. P. 026001-1‒026001-11. DOI: https://doi.org/10.1117/1.JBO.23.2.026001

8. Zagaynova E. V., Shirmanova M. V., Kirillin M. Y., Khlebtsov B. N., Orlova A. G., Balalaeva I. V., Sirotkina M. A., Bugrova M. L., Agrba P. D., Kamensky V. A. Contrasting properties of gold nanoparticles for optical coherence tomography : phantom, in vivo studies and Monte Carlo simulation // Phys. Med. Biol. 2008. Vol. 53, № 18. P. 4995‒5009. DOI: https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/18/010

9. Sirotkina M. A., Shirmanova M. V., Bugrova M. L., Elagin V. V., Agrba P. A., Kirillin M. Yu., Kamensky V. A., Zagaynova E. V. Continuous optical coherence tomography monitoring of nanoparticles accumulation in biological tissues // J. Nanoparticle Res. 2011. Vol. 13, iss. 1. P. 283‒291. DOI: https://doi.org/10.1007/s11051-010-0028-x

10. Генина Э. А., Киндер С. А., Башкатов А. Н., Тучин В. В. Контрастирование изображений в оптической когерентной томографии печени с помощью наночастиц // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика. 2011. Т. 11, вып. 2. С. 10‒14.

11. Genina E. A., Dolotov L. E., Bashkatov A. N., Tuchin V. V. Fractional laser microablation of skin : increasing the efficiency of transcutaneous delivery of particles // Quantum Electronics. 2016. Vol. 46, № 6. P. 502‒509. DOI: https://doi.org/10.1070/QEL16109

12. Genina E. A., Svenskaya Yu. I., Yanina I. Yu., Dolotov L. E., Navolokin N. A., Bashkatov A. N., Terentyuk G. S., Bucharskaya A. B., Maslyakova G. N., Gorin D. A., Tuchin V. V., Sukhorukov G. B. Optical monitoring of transcutaneous of composite microparticles in vivo // Biomedical Optics Express. 2016. Vol. 7, iss. 6. P. 2082‒2087. DOI: https://doi.org/10.1364/BOE.7.002082

13. Wen X., Jacques S. L., Tuchin V. V., Zhu D. Enhanced optical clearing of skin in vivo and optical coherence tomography in-depth imaging // J. Biomed. Opt. 2012. Vol. 17, iss. 6. P. 066022. DOI: https://doi.org/10.1117/1.JBO.17.6.066022

14. Larin K.V., Ghosn M. G., Bashkatov A. N., Genina E. A., Trunina N. A., Tuchin V. V. Optical clearing for OCT image enhancement and in-depth monitoring of molecular diffusion // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2012. Vol. 18, № 3. P. 1244‒1259. DOI: https://doi.org/10.1109/JSTQE.2011.2181991

15. Zhu D., Larin K. V., Luo Q., Tuchin V. V. Recent progress in tissue optical clearing // Laser & Photonics Reviews. 2013. Vol. 7, iss. 5. P. 732‒757. DOI: https://doi.org/10.1002/lpor.201200056

16. Genina E. A., Bashkatov A. N., Sinichkin Yu. P., Yanina I. Yu., Tuchin V. V. Optical clearing of biological tissues : prospects of application in medical diagnostics and phototherapy // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. 2015. Vol. 1, № 1. P. 22‒58. DOI: https://doi.org/10.18287/jbpe-2015-1-1-22

17. Tuchina D. K., Genin V. D., Bashkatov A. N., Genina E. A., Tuchin V. V. Optical clearing of skin tissue ex vivo with Polyethylene Glycol // Optics and Spectroscopy. 2016. Vol. 120, iss. 1. P. 28‒37. DOI: https://doi.org/10.1134/S0030400X16010215

18. Генина Э. А., Терентюк Г. С., Башкатов А. Н., Михеева Н. А., Колесникова Е. А., Баско М. В., Хлебцов Б. Н., Хлебцов Н. Г., Тучин В. В. Сравнительное исследование физического, химического и мультимодального подходов к усилению транспорта наночастиц в коже с модельным дерматитом // Российские нанотехнологии. 2014. Т. 9, № 9‒10. С. 87‒96.

19. Genina E. A., Bashkatov A. N., Kolesnikova E. A., Basko M. V., Terentyuk G. S., Tuchin V. V. Optical coherence tomography monitoring of enhanced skin optical clearing in rats in vivo // J. Biomed. Opt. 2014. Vol. 19, iss. 2. P. 021109. DOI: https://doi.org/10.1117/1.JBO.19.2.021109

20. Jiang J., Boese M., Turner P., Wang R. K. Penetration kinetics of dimethyl sulphoxide and glycerol in dynamic optical clearing of porcine skin tissue in vitro studied by Fourier transform infrared spectroscopic imaging // J. Biomed. Opt. 2008. Vol. 13, iss. 2. P. 021105. DOI: https://doi.org/10.1117/1.2899153

21. Генина Э. А., Терентюк Г. С., Хлебцов Б. Н., Башкатов А. Н., Тучин В. В. Визуализация распределения наночастиц золота в тканях печени ex vivo и in vitro методом оптической когерентной томографии // Квантовая электроника. 2012. Т. 42, № 6. С. 478‒483. DOI: https://doi.org/10.1070/QE2012v042n06ABEH014884

22. Tuchin V. V. Tissue optics : Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis. 3rd ed. Bellingham, WA, USA : SPIE Press, 2015. Vol. PM254. 934 p. (SPIE Tutorial Text in Optical Engineering).

23. Wang R. K., Tuchin V. V. Optical Coherence Tomography : Light Scattering and Imaging Enhancement // Handbook of Coherent-Domain Optical Methods / ed. V. Tuchin. N.Y. : Springer, 2013. P. 665‒742. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4614-5176-1_16

24. Polat B. E., Hart D., Langer R., Blankschtein D. Ultrasound- mediated transdermal drug delivery : mechanisms, scope, and emerging trends // J. Controlled Release. 2011. Vol. 152, iss. 3. P. 330–348. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2011.01.006

25. Zhong H., Guo Z., Wei H., Zeng C., Xiong H., He Y., Liu S. In vitro study of ultrasound and different-concentration glycerol-induced changes in human skin optical attenuation assessed with optical coherence tomography // J. Biomed. Opt. 2010. Vol. 15, iss. 3. P. 036012. DOI: https://doi.org/10.1117/1.3432750

26. Xu X., Zhu Q. Sonophoretic delivery for contrast and depth improvement in skin optical coherence tomography // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2008. Vol. 14, iss. 1. P. 56‒61.

27. Zimmerley M., McClure R. A., Choi B., Potma E. O. Following dimethyl sulfoxide skin optical clearing dynamics with quantitative nonlinear multimodal microscopy // Appl. Opt. 2009. Vol. 48, iss. 10. P. D79‒D87. DOI: https://doi.org/10.1364/AO.48.000D79

28. Funke A. P., Schiller R., Motzkus H. W., Gunther C., Muller R. H., Lipp R. Transdermal delivery of highly lipophilic drugs : in vitro fl uxes of antiestrogens, permeation enhancers, and solvents from liquid formulations // Pharm. Res. 2002. Vol. 19, iss. 5. P. 661–668. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1015314314796

Краткое содержание (на английском языке): 
Полный текст в формате PDF (на русском языке):