Ультрафиолетовый облучатель мононуклеарных клеток крови

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к ультрафиолетовым облучателям, предназначенным для облучения мононуклеарных клеток крови с целью селективного фотофизического воздействия на процессы внутриклеточной транскрипции и репликации в целях лечения аутоиммунных и онкологических заболеваний.
Многочисленные научные работы (Пасечник В.И., Двухквантовая фотодинамическая инактивация вирусов в препаратах крови, Гемат. и трансф., 1992, 4, с. 30-32; Яковлев В.А. и др., Некоторые механизмы лечебного действия и обоснование кратности проведения сеансов ультрафиолетового облучения крови в лечении острой пневмонии, Сообщение 1. Тер. Архив. 1994, 66, 8, с. 39-42) указывают на возможность модифицировать структурно-функциональное состояние мембраны клеток крови и изменить активность антигенной структуры под действием электромагнитного излучения. Ультрафиолетовое облучение приводит к снижению вязкости крови и возрастанию лиганд-связывающей способности мембранных рецепторов. Эти изменения проявляются в улучшении микроциркуляторного обмена, транспортной, газообменной и детоксикационной функции крови. Кроме того, возрастает скорость трансмембранного транспорта калия, содержания продуктов перекисного окисления липидов.
Полученные данные в большинстве своем основаны на экстракорпоральном ультрафиолетовом (УФ) облучении крови в целом. Однако, такой метод имеет существенные недостатки, которые обусловлены перекрытием спектральных полос поглощения: практически все УФ излучение поглощается белками крови, и лишь незначительная его часть оказывает фотодинамическое действие на мембранные структуры клеток крови. При поглощении света аминокислотами плазмы происходит фотоинактивация и изменение структуры сывороточных белков, что при многократном использовании может повлечь за собой аутоагрессию. Увеличение интенсивности УФ облучения только расширяет спектр побочных реакций и увеличивает вероятность их возникновения (Пасечник В.И., Двухквантовая фотодинамическая инактивация вирусов в препаратах крови, Гемат. и трансф., 1992, 4, с. 30-32;). В связи с этим УФ облучение цельной крови неперспективно для фотомодификации мембранных и внутриклеточных структур. Учитывая, что основной лечебный эффект УФ облучения крови обусловлен клеточно-опосредованным механизмом, для исключения белкового и аминокислотного экранирования квантов УФ излучения, а также с целью предотвращения негативных последствий, связанных с аутосенсибилизацией, был предложен принцип изолированного физического воздействия на компонентный состав периферической крови. В данном случае, таким компонентным составом являются периферические мононуклеарные клетки крови.
Так, в уровне техники известен UVA-облучатель "Macogenic" фирмы Macopharma, "UVA PhotoImmuneTherapySystem" фирмы MedTechSolutions и др., в котором в качестве генератора электромагнитного излучения используются ртутно-кварцевые лампы. Существенным недостатком такого подхода является применение электромагнитной энергии в очень широком спектральном диапазоне, в результате чего не представляется возможным осуществлять дозированное, адекватное, не тепловое и строго селективное по спектру воздействие на молекулу фотосенсибилизатора - 8-МОП, что существенно снижает эффективность проводимого лечения. Кроме того, побочное воздействие при этом электромагнитной энергии в коротковолновом спектральном диапазоне приводит к синтезу в тканях больного атомарного кислорода, обладающего очень выраженными окислительными свойствами, что приводит к нежелательным последствиям. Воздействие же на компоненты крови электромагнитной энергии в длинноволновом диапазоне спектра лампы приводит к разрушению белковых молекул (коагуляции). Для того чтобы достичь терапевтического эффекта, в этих аппаратах применяют от 8 до 16 ртутно-кварцевых ламп, однако генерируемая ими тепловая энергия заставляет применять сложную систему кондиционирования.
Также из уровня техники известен ультрафиолетовый облучатель мононуклеарных клеток крови (Инновации бизнесу. Инновационный проект «Ультрафиолетовый облучатель мононуклеарных клеток крови», найдено 05.09.2017 г., найдено из Интернет http://ideasandmoney.ru/Ppt/Details/297554), принятый нами за прототип. Данный облучатель позволяет осуществлять дозированное, адекватное, не тепловое и строго селективное по спектру воздействие на молекулу фотосенсибилизатора - 8-МОП. Ультрафиолетовый облучатель включает в себя в себя корпус, расположенную внутри корпуса кювету, установленную в зазоре между прозрачными для воздействующей длины волны пластинами блоков (модулей) с источниками ультрафиолетового излучения, устройство для перемешивания содержимого кюветы, блок управления, блок питания, устройство для охлаждения воздушной среды. Однако данный облучатель обладает существенными недостатками. Во-первых, использование сменных УФ-ламп и необходимость замены ламп для лечения конкретного заболевания; во-вторых, подача среды с мононуклеарными клетками в кювету через шланг с помощью перистальтического насоса существенно усложняет процедуру облучения, поломка шланга и/или насоса приводит к невозможности облучения образца; в-третьих, устройством для перемешивания содержимого кюветы являются сами модули с источниками УФ-излучения, что может приводить к их преждевременному износу и поломке, и, в-четвертых, также применены лампы, что приводит к облучению в широком спектральном диапазоне.
Таким образом, существует потребность в ультрафиолетовом облучателе мононуклеарных клеток крови, лишенном вышеуказанных недостатков.
Это обстоятельство послужило основанием для перехода к светодиодной (СД) технологии, которая является более эффективной и отвечает требованиям, предъявляемым к высоко технологическим методам лечения. Применение светодиодов обеспечит изолированное физическое воздействие на компонентный состав периферической крови - периферические мононуклеарные клетки крови.
Целью полезной модели является создание простого портативного прибора, позволяющего с большей эффективностью облучать мононуклеарные клетки крови в различных режимах для лечения различных аутоиммунных и онкологический заболеваний, таких как рак кожи (Т-клеточная лимфома), реакция отторжения при пересадке органов (печени, почек, сердца, костного мозга), хронический лимфолейкоз, псориаз, системные заболевания соединительной ткани (системная красная волчанка, склеродермия и др.), ревматоидный артрит.
2
Эта цель достигается тем, что предлагаемый ультрафиолетовый облучатель мононуклеарных клеток крови, включающий в себя корпус, расположенную внутри корпуса кювету, установленную в зазоре между прозрачными для воздействующей длины волны пластинами первого и второго модулей с источниками ультрафиолетового излучения, устройство для перемешивания содержимого кюветы, блок управления, блок питания, устройство для охлаждения воздушной среды, отличается тем, что источники ультрафиолетового излучения представляют собой светодиоды с длиной волны излучения 365 нм +/-10 нм, телесный угол которых равен 140°, а корпус включает в себя две части, нижнюю и верхнюю, при этом нижняя часть корпуса представляет собой основание прибора и включает в себя первый модуль светодиодов, а верхняя часть является съемной и представляет собой крышку ультрафиолетового излучателя и включает в себя второй модуль светодиодов, при этом первый и второй модули светодиодов расположены друг напротив друга, а полная мощность ультрафиолетового излучения каждого модуля составляет 2,5 мВт/см; внутри корпуса расположен фиксатор кюветы, выполненный таким образом, что при фиксации смещение кюветы относительно первого и второго модулей светодиодов невозможно, кювета представляет собой контейнер из мягкого биологически инертного материала, также проницаемого для ультрафиолетового излучения, выполненный с возможностью равномерного распределения содержимого кюветы слоем толщиной не более 3 мм, при этом светодиоды в каждом из модулей представлены 3 группами по 12 светодиодов в каждой; выполненный с возможностью подключения к светодиодам модулей диммер для формирования импульсного напряжения с различной скважностью; устройство для перемешивания содержимого кюветы представляет собой мешалку, выполненную с возможностью соединения с мотором-редуктором; устройство для охлаждения воздушной среды включает в себя печатную плату светодиодов с металлическим основанием, с установленным на нее радиатором, вентилятор и термопару для контроля рабочей температуры в зоне облучения.
2
Схема предлагаемого ультрафиолетового облучателя мононуклеарных клеток крови представлена на фиг. 1, где использована кювета (1), представляющая собой контейнер из мягкого биологически инертного материала, также проницаемого для ультрафиолетового излучения, выполненный с возможностью равномерного распределения содержимого кюветы слоем толщиной не более 3 мм. Кювета установлена в зазоре между прозрачными для воздействующей длины волны пластинами первого (2) и второго (3) модулей светодиодов (4), расположенных напротив друг друга. Фиксатор кюветы (5) выполнен таким образом, что при фиксации смещение кюветы (1) относительно первого (2) и второго (3) модулей светодиодов (4) невозможно. Устройство для перемешивания содержимого кюветы представляет собой мешалку (6), выполненную с возможностью соединения с мотором-редуктором (7). Для реализации возможности регулировки мощности оптического излучения не зависимо от коэффициента заполнения при питании модулей (2), (3) импульсным током с различной скважностью, светодиоды (4) в модулях разбиты на группы, которые можно включать попеременно или все одновременно. Светодиоды (4) в каждом из модулей (2), (3) представлены 3 группами по 12 светодиодов в каждой (фиг. 2). Серым цветом обозначена 1-я группа светодиодов (4а), черным цветом - 2 я группа (4б), белым цветом - 3-я группа (4в). К светодиодам (4) подключен диммер (8) для формирования импульсного напряжения с различной скважностью. Максимальная мощность ультрафиолетового излучения при всех одновременно включенных светодиодах составляет 2,5 мВт/см. Устройство для охлаждения воздушной среды (9) включает в себя печатную плату (10) светодиодов (4) с металлическим основанием, с установленным на нее радиатором (11), вентилятор (12) и термопару (13) для контроля рабочей температуры в зоне облучения. Мотор-редуктор (7), диммер (8), устройство для охлаждения воздушной среды (9) соединены с блок управления (14), который, в свою очередь, соединен с блоком питания (15).
Для реализации предлагаемой технологии нужен «А» спектр УФ-излучения. На основе анализа существующего и используемого в настоящее время в медицине оборудования по облучению компонентов крови для восстановления иммунологической толерантности при опухолевых процессах и аутоиммунных заболеваниях определена длина волны ультрафиолетового излучателя. Длина волны ультрафиолетового излучения должна составлять 365 нм.
Спектр УФ излучения должен быть достаточно узким. Светодиоды (4) должны иметь длину волны излучения 365 нм±10 нм, т.е. диапазон спектральной плотности лучевой энергии, который позволит при меньшей суммарной энергии на 2-3 порядка увеличить эффективность и селективность воздействия для перевода молекулы 8-МОП в качественно новое состояние, способное прочно соединить пиримидиновые основания молекулы ДНК в активно делящихся клетках и, тем самым, прервать их репликацию.
Светодиоды, не обладая инерционными свойствами, создают благоприятные условия для возможности реализации облучения в импульсном режиме с регулируемой скважностью импульсов. Эта особенность качественно повышает и расширяет лечебные возможности метода за счет управляемого дозированного воздействия на пиримидиновые основания молекул ДНК и РНК с целью управления патологическими процессами лимфопролиферации.
Предлагаемая полезная модель - ультрафиолетовый облучатель мононуклеарных клеток крови (фиг. 3) состоит из корпуса (1а), состоящего из двух частей, нижней (1б) и верхней (1в), при этом нижняя часть (1б) корпуса (1а) представляет собой основание прибора и включает в себя первый модуль (2) светодиодов (4), а верхняя часть (1в) является съемной и представляет собой крышку ультрафиолетового излучателя и включает в себя второй модуль (3) светодиодов (4), при этом первый (2) и второй (3) модули светодиодов (4) расположены напротив друг друга. Нижняя (1б) и верхняя (1в) части корпуса (1а) изготовлены из алюминия, обе имеют размеры 578 мм × 478 мм × 100 мм. В нижней части (1б) корпуса (1а) размещают кювету (1) (не показано). Применение в конструкции облучателя верхней части (1в) корпуса (1а) в виде крышки способствует минимизации воздействия ультрафиолетового излучения на пользователя. Такая конструкция полезной модели обеспечивает облучение крови с обеих сторон (фиг. 4). Мешалка (6) расположена в центре второго модуля (3) светодиодов (4). Значение температуры от термопары (13) в реальном времени, время экспозиции, режим воздействия выводится на индикаторы (16) панели управления (17) на передней панели корпуса (1а), расположенной на верхней части (1в) ультрафиолетового облучателя (фиг. 5).
2
Кювета (1) с мононуклеарными клетками крови в среде расположена на горизонтальной и ровной поверхности для равномерного распределения крови тонким слоем (не более 3 мм) внутри, а также надежно зафиксирована фиксатором кюветы (5) для недопущения смещения кюветы (1) относительно светодиодов (4) при осуществлении процесса перемешивания крови с помощью мешалки (6). Поэтому, элемент конструкции (18) облучателя, на котором размещается кювета, должен быть прочным и прозрачным для прохождения УФ излучения. В качестве такого элемента конструкции было выбрано кварцевое стекло КВ из плавленого кварца SiO с размерами 350 мм × 250 мм и толщиной 6 мм.
Все участки поверхности кюветы (1) должны облучаться одновременно и равномерно. Поэтому, использованы светодиоды (4), у которых телесный угол равен 140°.
Таким образом, учитывая, что имеется 2 модуля светодиодов, в полезной модели реализовано 6 режимов мощности облучения.
Панель управления (16) включает в себя индикаторы и кнопки управления (17), а именно тумблер включения питания (19), кнопку «Старт» (20), кнопку «Стоп» (21), кнопку включения мешалки (22), тумблеры включения светодиодных групп (23), ручка регулировки скважности (24), осциллограф (25), индикатор температуры (26), таймер (27).
Технология лечения с помощью предлагаемой полезной модели заключается в выделении мононуклеарных клеток крови у пациента, предварительно принявшего фотоактиватор, которые затем облучают в и после инкубации переливают пациенту.
Ультрафиолетовый облучатель мононуклеарных клеток крови работает следующим образом.
1. Поднимают верхнюю часть корпуса ультрафиолетового облучателя и располагают на стекле в нижней части кювету с выделенными заранее мононуклеарными клетками крови в среде (физиологический раствор). Фиксируют кювету с помощью фиксаторов.
2. Размещают термопару между кюветой и одним из стекол.
3. Закрывают верхнюю часть корпуса, убедившись, что ролики мешалки попадают на кювету с мононуклеарными клетками.
2
4. Переводят все тумблеры включения светодиодных групп в положение «включено», а ручку регулировки скважности в крайнее правое положение. При таком положении органов управления будет обеспечена максимальная мощность излучения - 5 мВт/см (от верхнего и нижнего модулей светодиодов).
5. Включают тумблер включения питания.
6. Ждут запуска осциллографа.
7. Для регулировки мощности УФ-излучения используют тумблеры включения светодиодных групп и/или ручку регулировки скважности. Форму напряжения наблюдают на осциллографе.
8. Нажатием кнопки «Старт» запускают процесс УФ-облучения мононуклеарных клеток. Через 3 секунды происходит автоматическое включение светодиодов и мешалки. Таймер будет показывать время до окончания процесса. По умолчанию оно составляет 10 мин.
9. Во время процесса УФ-облучения контролируют температуру на поверхности кюветы с мононуклеарными клетками крови по индикатору температуры.
10. По истечении заданного времени питание светодиодов и мешалки будет отключено автоматически, однако работа вентилятора составит еще около 1,5 мин.
11. Если необходимо увеличить дозу УФ-облучения, повторно запускают процесс, нажав кнопку «Старт». Если процесс УФ облучения необходимо остановить раньше заданного времени, нажимают кнопку «Стоп».
12. Выключают питание аппарата тумблером включения питания. Открывают верхнюю часть корпуса и извлекают кювету с мононуклеарными клетками крови.
Использование предлагаемой полезной модели, простой и экономичной, предназначенной для селективного фотофизического воздействия, а именно экстракорпорального УФ-облучения мононуклеарных клеток крови позволяет повысить эффективность лечения пациентов с различными аутоиммунными и онкологическими заболеваниями.