СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМОТЕРАПИИ КОЖИ И ЕЕ ПРИДАТКОВ, ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ НЕГО И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
METHOD OF LASER THERMOTHERAPY OF SKIN AND ITS APPENDAGES, PHARMACEUTICAL COMPOSITION THEREFORE AND THEIR APPLICATION

Изобретение относится к медицине, а именно к дерматологии и микологии, в частности к способам лечения кожи и ее придатков, в том числе ногтей и волос, имеющих поражения грибковой, вирусной или бактериальной природы, в том числе микозов и других инфекционных заболеваний, с помощью лазерной термотерапии и к средствам для реализации способов их лечения.
Инфекционные поражения кожи и ее придатков, включая онихомикозы и дерматомикозы, относятся к числу наиболее неприятных заболеваний, тяжело поддающихся лечению и способных приводить к серьезным нарушениям как физического, так и психологического состояния человека. Встречаемость этих заболеваний весьма высока, особенно среди лиц среднего и старшего возраста. Согласно статистическим данным, онихомикозами страдают 2.6% населения в возрасте до 18 лет, 36% - в возрасте 25-60 лет, а для людей старше 75 лет эта цифра возрастает до 90%.
Традиционным способом лечения инфекционных поражений кожи и ее придатков, в частности онихомикозов, является медикаментозный подход. Он основан на использовании фармацевтических препаратов системного или местного действия. При этом в случае онихомикозов для повышения эффективности медикаментозного лечения может быть необходимым предварительное полное или частичное удаление ногтевой пластины хирургическим или химическим способом. Эта процедура достаточно болезненна и может в дальнейшем привести к потере ногтевой пластины, изменению формы и/или врастанию ногтя.
Известно, что наночастицы золота, серебра и меди обладают достаточно высокой токсичностью по отношению к бактериям, вирусам и другим патогенным организмам (Zhou Y., Kong Y., Kundu S., Cirillo J.D., Liang H. «Antibacterial activities of gold and silver nanoparticles against Escherichia coli and bacillus Calmette-Guérin». J. Nanobiotechnology, 2012, V. 10, P. 19; Ramyadevi J., Jeyasubramanian K., Marikani A., Rajakumar G., Rahuman A.A. «Synthesis and antimicrobial activity of copper nanoparticles». Mater. Lett., 2012, V. 71, P. 114). В большей степени это свойство присуще наночастицам серебра и меди.
С точки зрения создания лекарственных препаратов с высокой биоцидной активностью, использование наночастиц серебра является предпочтительным, поскольку они обладают большей устойчивостью к окислению кислородом воздуха по сравнению с наночастицами меди.
Например, известен способ лечения кожных заболеваний (US, 2003/0194444, A1) путем обработки кожи мазевыми или гелевыми средствами, содержащими наночастицы серебра или его соединения, например оксид или галогениды.
Известно средство в форме мази для лечения и профилактики грибковых заболеваний кожи (RU, 2428184, C1), содержащее в качестве противогрибковых агентов 0.9-1.1 мас.% бифоназола, 6-10 мас.% золя наночастиц серебра и 6-10 мас.% золя наночастиц меди, а в качестве основы - смесь полиэтиленоксидов разной молекулярной массы (400, 1500, 2000 и 4000) и воды. Присутствие наночастиц серебра и меди приводит к увеличению фунгицидной активности указанного средства и снижению побочных эффектов.
Однако медикаментозные способы лечения инфекционных поражений кожи и ее придатков характеризуются большой продолжительностью и высокой стоимостью, высокой вероятностью рецидивов, а также высокой токсичностью используемых препаратов и серьезными побочными эффектами, связанными с повреждением печени и почек пациента при пероральном введении препаратов.
Поэтому разработка альтернативных методов лечения, лишенных указанных выше недостатков, является весьма актуальной задачей дерматологии.
Известно, что обработка пораженного участка лазерным излучением на определенных длинах волн может приводить к гибели клеток патогенного организма по термическому или фотохимическому механизму. Основным условием применения лазерной терапии является присутствие в клетках патогенного организма эндогенных или экзогенных (дополнительно введенных) веществ, способных поглощать оптическое излучение с длиной волны в определенном диапазоне и трансформировать его в другой вид энергии, например в тепловую энергию. Это приводит к локальному разогреву клетки выше физиологических температур и ее гибели. Здесь и далее вещества, способные поглощать излучение и трансформировать его в тепловую энергию, будут называться термосенсибилизаторами. Для обеспечения наиболее эффективного нагрева необходимо проводить облучение пораженной области излучением с длиной волны, совпадающей с максимумом поглощения термосенсибилизатора.
Известен способ лечения микозов и других инфекционных поражений ногтей и кожи (US 6090788, A1), основанный на присутствии в клетке патогенного организма молекул эндогенного или экзогенного термосенсибилизатора. Пораженную область облучают светом, по меньшей мере, одна длина волны которого совпадает с максимумом поглощения термосенсибилизатора. Такое воздействие приводит к разогреву и гибели клетки патогенного организма. В качестве экзогенного термосенсибилизатора используют приемлемые для введения в клетки патогена соединения, которые вносят локально или вводят через кровеносную систему пациента, например пигменты и красители, специфически связывающиеся с патогенной клеткой. Однако сечения поглощения используемых соединений очень невелики. Поэтому для обеспечения необходимого разогрева пораженной области необходимо использовать при облучении лазеры большой мощности, что может привести к ожогу здоровых тканей.
Целью создания настоящего изобретения являлась разработка средства для проведения местной лазерной термотерапии, в том числе в режиме гипертермии, областей кожи и ее придатков, в том числе ногтей и волос, имеющих инфекционные поражения грибковой, вирусной и бактериальной природы, в том числе микозы и другие заболевания, и разработка способов лазерной термотерапии, обеспечивающих повышение эффективности лечения указанных инфекционных заболеваний, сокращение сроков лечения, уменьшение риска возникновения побочных эффектов, снижение числа рецидивов.
При создании настоящего изобретения была поставлена задача разработки способа местной лазерной термотерапии, обеспечивающего разогрев пораженной области до определенной желаемой температуры, в частности, в режиме гипертермии - до температуры, обеспечивающей уничтожение очага инфекции, с использованием средств наружного применения, исключающих необходимость их введения в кровеносную систему организма, и использованием при этом лазерного излучения в безопасном для организма режиме.
Для решения поставленной задачи был проведен анализ известных средств, у которых под действием лазерного излучения обеспечивается повышение собственной температуры. Этот анализ показал, что наночастицы золота, серебра, меди и композитные структуры на основе этих металлов способны поглощать излучение с определенной длиной волны из-за наличия у них эффекта локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР или LSPR - Localized Surface Plasmon Resonance). При этом, по сравнению с любыми красителями, такие частицы обладают на 4-5 порядков большими значениями сечения поглощения (Jain Р.К., Lee K.S., El-Sayed I.H., El-Sayed M.A. «Calculated Absorption and Scattering Properties of Gold Nanoparticles of Different Size, Shape, and Composition: Applications in Biological Imaging and Biomedicine». J. Phys. Chem. В., 2006, V. 110, N. 14, P. 7238). В результате локальный разогрев наночастиц под действием лазерного излучения может достигать нескольких сотен градусов.
Таким образом, использование наночастиц металлов позволит обеспечить разогрев пораженного участка кожи или ее придатков до температуры, требуемой для гибели клеток патогенного организма, при существенно меньшей интенсивности лазерного излучения, что должно снизить вероятность повреждения здоровых тканей пациента.
Положение максимума ЛППР металлических наночастиц зависит от природы металла, из которого они состоят, а также от их размера и формы.
Например, для сферических частиц золота с ростом их размера от 10 нм до 100 нм максимум ЛППР смещается с длины волны 500 нм на длину волны 540 нм, а для сферических частиц серебра - с длины волны 400 нм на длину волны 430 нм (Дыкман Л.А., Богатырев В.А., Щеголев С.Ю., Хлебцов Н.Г. «Золотые наночастицы: синтез, свойства биомедицинское применение». М.: Наука, 2008, с.319; Суздалев И.П. «Нанотехнология: физикохимия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов». М.: КомКнига, 2005, с.592).
Кроме того, для частиц несферической формы - стержневидной, эллипсоидальной, призматической и других форм, наблюдаются, как правило, несколько пиков ЛППР (Дементьева О.В., Рудой В.М. «Коллоидно-химический синтез новых наноструктур на основе серебра с заданным положением локализованного поверхностного плазмонного резонанса». Коллоид. журн., 2011, т. 73, №6, с.726). Например, для стержневидных частиц характерны два пика, отвечающие поперечному и продольному ЛППР. При этом пик продольного ЛППР смещен в длинноволновую область, и этот сдвиг тем больше, чем больше отношение длины частиц к их диаметру.
Для полых наночастиц сплавов золота, серебра, меди или для композитных наночастиц (далее КНЧ, composite nanoparticles - CNP) со структурой «ядро-оболочка», у которых оболочка состоит из указанных выше металлов или их сплавов, а ядро - из твердого неметалла, например диэлектрика или полупроводника, можно варьировать положение ЛППР в видимой и ближней ИК-области за счет достижения при их изготовлении соответствующих размера и/или формы ядра и толщины оболочки (Oldenburg S.J., Averitt R.D., Westcott S.L., Halas N.J. «Nanoengeneering of optical resonances». Chem. Phys. Lett., 1998, V. 288. P. 243).
Для анизотропных КНЧ со сфероидальным ядром, например, из оксида или (гидр)оксида железа, характерно наличие двух полос поглощения - в видимой и ближней ИК-области, отвечающих поперечному и продольному ЛППР соответственно (Wang Н., Brandl D.W., Le F., Nordlander P., Halas N.J. «Nanorice: A Hybrid Plasmonic Nanostructure». Nano Lett., 2006, V. 6. P. 827). Их положение зависит от толщины оболочки, размеров ядра и степени его эллиптичности (отношения большого радиуса ядра к малому). При прочих равных условиях уменьшение толщины металлической оболочки приводит к сдвигу обоих пиков ЛППР в длинноволновую область.
Таким образом, варьируя размер и/или форму ядра и толщину оболочки композитных наночастиц, можно «настроить» ЛППР наночастиц на заданную длину волны в видимом или ближнем ИК диапазоне спектра. Например, «настройку» ЛППР можно осуществлять путем обеспечения в композитных наночастицах соотношения диаметра ядра к толщине оболочки, соответствующего требуемому положению ЛППР в спектре поглощения, или путем использования в качестве ядер частиц одного размера и варьирования лишь толщины оболочки композитной наночастицы. При этом возможно синтезировать набор КНЧ, поглощающих на характерной для каждого типа наночастиц длине волны в широком спектральном диапазоне. Воздействием на такие наночастицы лазерного излучения на длине волны, соответствующей характерной для них длине волны ЛППР и при этом выбранной в диапазоне максимальной прозрачности биоткани, может быть обеспечено максимальное поглощение световой энергии наночастицами, приводящее к разогреву наночастиц. Указанные частицы при размещении в физиологически приемлемом носителе могут быть доставлены в область кожи или ее придатков, имеющую поражения, требующие проведения лазерной термотерапии, в том числе с эффектом гипертермии, необходимой для гибели патогенных клеток.
Одним из объектов настоящего изобретения является фармацевтическая композиция наружного применения для лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих инфекционные поражения, содержащая наночастицы, характеризующиеся, по меньшей мере, одним локализованным поверхностным плазмонным резонансом в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм, диспергированные в физиологически приемлемом носителе, характеризующемся отсутствием поглощения или слабым поглощением и/или слабым рассеянием светового излучения в указанном диапазоне длин волн, и обладающая биоцидными свойствами.
Предпочтительнее, чтобы фармацевтическая композиция содержала наночастицы, характеризующиеся, по меньшей мере, одним локализованным поверхностным плазмонным резонансом в диапазоне длин волн от 600 до 1100 нм.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы указанные наночастицы представляли собой сферические наночастицы, состоящие из металлов, выбранных из группы, включающей золото, серебро, медь и сплавы этих металлов.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы указанные наночастицы представляли собой анизотропные наночастицы, состоящие из металлов, выбранных из группы, включающей золото, серебро, медь и сплавы этих металлов. Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы указанные наночастицы представляли собой полые наночастицы, состоящие из металлов, выбранных из группы, включающей золото, серебро, медь и сплавы этих металлов. Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы указанные наночастицы представляли собой композитные наночастицы со структурой ядро-оболочка, у которых ядро выполнено из диэлектрического или полупроводникового материала, а оболочка - из металла, выбранного из группы, включающей золото, серебро, медь и их сплавы.
При этом, согласно изобретению, указанные композитные наночастицы могут иметь сферическую форму.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы ядро указанных композитных наночастиц было выполнено из сплошного диоксида кремния.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы ядро указанных композитных наночастиц было выполнено из материала с пористой структурой.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы ядро указанных композитных наночастиц было выполнено из мезопористого диоксида кремния.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы указанные композитные наночастицы имели анизотропную форму.
При этом ядро указанных композитных наночастиц может быть выполнено из оксида или (гидр)оксида железа.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы фармацевтическая композиция согласно изобретению содержала наночастицы в концентрации от 0,0001 до 5,0 мас.% в расчете на содержание металла или сплава металлов, предпочтительно, в концентрации от 0,005 до 0,10 мас.% в расчете на содержание металла или сплава металлов.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы указанная фармацевтическая композиция была выполнена в виде спрея на водной основе.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы указанная фармацевтическая композиция была выполнена в виде мази или геля на основе гидрофильного физиологически приемлемого носителя.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы указанный гидрофильный физиологически приемлемый носитель содержал гидрофильный биосовместимый полимер.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы указанный гидрофильный биосовместимый полимер был, предпочтительно, выбран из группы, включающей: крахмал, желатин, коллаген, эфиры целлюлозы, карбополы, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт, полиэтиленоксид.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы в указанную фармацевтическую композицию наночастицы были введены в виде их коллоидного раствора.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы в указанную фармацевтическую композицию наночастицы были введены в виде порошка. При этом, согласно изобретению, указанный порошок может быть получен путем лиофильной сушки коллоидного раствора, содержащего указанные наночастицы.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы указанная фармацевтическая композиция была приспособлена для применения в лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения грибковой, вирусной или бактериальной природы, и при этом дополнительно содержала средство, обладающее, соответственно, противогрибковым, противовирусным или антибактериальным действием.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы указанная фармацевтическая композиция была приспособлена для применения в лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения грибковой природы, и при этом содержала средство противогрибкового действия, выбранное из группы препаратов местного противогрибкового действия, состоящей из клотримазола, экзодерила, ламизила, лоцерила и других препаратов аналогичного действия.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы указанная фармацевтическая композиция содержала дополнительно средство кератолитического действия. При этом средство кератолитического действия может быть выбрано из группы, состоящей из мочевины и салициловой кислоты.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы указанная фармацевтическая композиция была приспособлена для применения в лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения вирусной природы, и при этом содержала средство противовирусного действия, выбранное из группы препаратов противовирусного действия, состоящей из производных имидазола, триазола и аллиламина и других препаратов аналогичного действия.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы указанная фармацевтическая композиция была приспособлена для применения в лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения бактериальной природы, и при этом содержала средство антибактериального действия, выбранное из группы препаратов антибактериального действия, состоящей из производных имидазола, триазола и аллиламина и других препаратов аналогичного действия.
При этом, согласно изобретению, возможно, чтобы в указанной фармацевтической композиции указанные выше средства противогрибкового, противовирусного или антибактериального действия или их смеси были размещены в мезопористом ядре композитных наночастиц, имеющих структуру ядро - оболочка, и при этом ядро было выполнено из диэлектрического или полупроводникового мезопористого материала и окружено оболочкой из металла, выбранного из группы, включающей золото, серебро, медь и их сплавы.
Кроме того, согласно изобретению, возможно, чтобы указанные средства противогрибкового, противовирусного, антибактериального, кератолитического действия или их смеси были размещены в указанном гидрофильном физиологически приемлемом носителе.
Другим объектом настоящего изобретения является способ лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения инфекционной природы, в котором на область кожи или ее придатков, имеющую указанные поражения, наносят фармацевтическую композицию согласно изобретению, в описанных выше вариантах выполнения, содержащую наночастицы, характеризующиеся, по меньшей мере, одним локализованным поверхностным плазмонным резонансом в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм, диспергированные в физиологически приемлемом носителе, характеризующемся отсутствием поглощения или слабым поглощением и/или слабым рассеянием светового излучения в указанном диапазоне длин волн, и обладающую при этом биоцидными свойствами, а затем область кожи или ее придатков, обработанную указанной фармацевтической композицией, подвергают лазерному облучению, по меньшей мере, на одной длине волны, близкой к длине волны локализованного поверхностного плазмонного резонанса наночастиц или равной ей, до достижения желаемой температуры разогрева указанной области.
При этом, согласно изобретению, в качестве источника лазерного излучения может быть использован непрерывный или импульсный лазер, длина волны генерации которого находится в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм, предпочтительнее, в диапазоне длин волн от 600 до 1100 нм.
При этом, согласно изобретению, возможно применение способа лазерной термотерапии в режиме местной гипертермии кожи и ее придатков, имеющих поражения грибковой, вирусной или бактериальной природы, с использованием фармацевтической композиции по любому описанному выше варианту согласно изобретению путем нагрева пораженной области до температур, превышающих физиологически приемлемые для патогенных клеток, под воздействием лазерного излучения на длине волны, близкой к длине волны локализованного поверхностного плазмонного резонанса наночастиц или равной ей.
Далее изобретение поясняется примерами его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 - зависимость положения локализованного поверхностного плазмонного резонанса сферических композитных наночастиц, имеющих ядро из диоксида кремния и золотую оболочку, от отношения диаметра D ядра к толщине H оболочки (кривая 1);
Фиг.2 - спектр поглощения фармацевтической композиции согласно изобретению, выполненной в виде коллоидного раствора (гидрозоля), содержащего сферические композитные наночастицы, имеющие ядро диаметром D=120 нм из сплошного диоксида кремния и оболочку толщиной H=10 нм из серебра, представленный в виде зависимости оптической плотности композиции от длины волны облучения (кривая 2);
Фиг.3 - спектр поглощения фармацевтической композиции согласно изобретению, выполненной в виде коллоидного раствора (гидрозоля), содержащего анизотропные композитные наночастицы, имеющие ядро длиной 200 нм и диаметром D=50 нм из (гидр)оксида железа (FeOOH) и оболочку толщиной H=5 нм из серебра, представленный в виде зависимости оптической плотности композиции от длины волны облучения (кривая 3).
При этом приведенные примеры не являются исчерпывающими, не ограничивают возможности осуществления и использования изобретения, не выходящие за рамки формулы изобретения.
Способ лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения грибковой, вирусной или бактериальной природы, включая проведение местной гипертермии, осуществляют с использованием фармацевтической композиции согласно изобретению.
Фармацевтическая композиция наружного применения, согласно изобретению, содержит наночастицы, характеризующиеся, по меньшей мере, одним локализованным поверхностным плазмонным резонансом в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм, предпочтительнее, в диапазоне длин волн от 600 до 1100 нм, диспергированные в физиологически приемлемом носителе, характеризующемся отсутствием поглощения или слабым поглощением и/или слабым рассеянием светового излучения в указанном диапазоне длин волн. Наличие в фармацевтической композиции согласно изобретению наночастиц, способных эффективно поглощать излучение с заданной длиной волны, соответствующей длине волны их локализованного поверхностного плазмонного резонанса, и трансформировать его в тепловую энергию, обеспечивает разогрев наночастиц и физиологически приемлемого носителя, в котором они размещены, и участков кожи и ее придатков, контактирующих с фармацевтической композицией, например, обеспечивая разогрев пораженной области выше физиологических температур и гибель клеток патогенного организма. В связи с тем что, согласно изобретению, указанные наночастицы или их наружные оболочки состоят из металлов, выбранных из группы, включающей золото, серебро, медь и сплавы этих металлов, фармацевтическая композиция согласно изобретению обладает также и биоцидными свойствами, что обеспечивает биоцидную обработку всей области, подвергаемой облучению.
Согласно изобретению, указанные наночастицы могут быть цельными сферическими, цельными анизотропными, или быть полыми, или быть композитными наночастицами со структурой ядро-оболочка, у которых ядро выполнено из диэлектрического или полупроводникового материала, а оболочка - из металла, выбранного из группы, включающей золото, серебро, медь и их сплавы. При этом композитные наночастицы могут иметь сферическую форму с ядром из сплошного диоксида кремния или с ядром из материала с пористой структурой, например из мезопористого диоксида кремния, или могут иметь анизотропную форму с ядром, например, из оксида или (гидр)оксида железа. Выбор типа, формы и размеров наночастиц, соотношения размеров ядра и оболочки композитных наночастиц обеспечивает локализованный поверхностный плазмонный резонанс наночастиц на заданной длине волны облучения, при этом выбор концентрации наночастиц в фармацевтической композиции согласно изобретению и параметров лазерного облучения обеспечивает разогрев указанной композиции до заданной температуры. При этом требуемые тип, форма и размеры наночастиц, а также соотношение размеров ядра и оболочки композитных наночастиц могут быть обеспечены в процессе их изготовления с помощью известных технологий.
Описанные выше наночастицы могут быть получены методами коллоидно-химического синтеза, например, в виде коллоидных растворов - гидрозолей и могут быть введены в фармацевтическую композицию в виде их коллоидного раствора (гидрозоля) или в виде порошка, например, полученного путем лиофильной сушки коллоидного раствора, содержащего указанные наночастицы.
Для создания фармацевтических композиций согласно изобретению могут быть использованы разные способы. Например, коллоидный раствор, содержащий наночастицы одного из перечисленных выше типов, может быть смешан с предварительно приготовленным фармацевтически приемлемым носителем в определенном массовом (объемном) соотношении. Или компоненты фармацевтически приемлемого носителя, например мазевой основы, могут быть введены непосредственно в коллоидный раствор наночастиц. Или лиофилизованные наночастицы в виде порошка могут быть добавлены в фармацевтически приемлемый носитель, например в мазевую основу, в том числе непосредственно перед использованием фармацевтической композиции.
В способе лазерной термотерапии согласно изобретению целесообразно использовать фармацевтическую композицию согласно изобретению с содержанием наночастиц в концентрации от 0,0001 до 5,0 мас.% в расчете на содержание металла или сплава металлов, предпочтительно, в концентрации от 0,005 до 0,10 мас.% в расчете на содержание металла или сплава металлов. Указанная концентрация наночастиц обеспечивает необходимую степень поглощения световой энергии наночастицами.
Согласно изобретению, фармацевтическая композиция может быть выполнена в виде спрея на водной основе (гидрозоля), в виде мази или геля на основе гидрофильного физиологически приемлемого носителя, например гидрофильного биосовместимого полимера, предпочтительно, выбранного из группы, включающей: крахмал, желатин, коллаген, эфиры целлюлозы, карбополы, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт, полиэтиленоксид. При этом применение мазевых или гелевых композиций является предпочтительным.
Для создания фармацевтических композиций могут быть использованы готовые мазевые и гелевые формы, применяющиеся, в частности, в лазерной медицине и косметологии. При этом основным требованием к мазевой основе является отсутствие заметного поглощения и/или рассеяния электромагнитного излучения в области длины волны генерации используемого лазера и, соответственно, максимума ЛППР наночастиц. Кроме того, фармацевтические композиции могут быть созданы на основе существующих препаратов местного действия в мазевой или гелевой форме, отвечающих указанному требованию.
Для применения в лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения грибковой, вирусной или бактериальной природы, фармацевтическая композиция согласно изобретению может дополнительно содержать средство (вещество, препарат), обладающее, соответственно, противогрибковым, противовирусным или антибактериальным действием. В этом случае обеспечивается лечебное действие композиции за счет термосенсибилизирующего и токсического действия наночастиц, а также за счет биоцидного действия активных ингредиентов указанных препаратов.
Например, для применения в лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения грибковой природы, композиция может также содержать средство противогрибкового действия, например, выбранное из группы препаратов местного противогрибкового действия, состоящей из клотримазола, экзодерила, ламизила, лоцерила и других препаратов аналогичного действия, а также дополнительно содержать соединение, обладающее кератолитическим действием, например мочевину или салициловую кислоту.
Для применения в лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения вирусной природы, композиция может также содержать средство противовирусного действия, например, выбранное из группы препаратов противовирусного действия, состоящей из производных имидазола, триазола и аллиламина и других препаратов аналогичного действия.
Для применения в лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения бактериальной природы, композиция может также содержать средство антибактериального действия, например, выбранное из группы препаратов антибактериального действия, состоящей из производных имидазола, триазола и аллиламина и других препаратов аналогичного действия.
При этом, согласно изобретению, ядро КНЧ, выполненное из диэлектрического или полупроводникового мезопористого материала, например мезопористого диоксида кремния, может быть контейнером для размещения указанных выше дополнительных средств или их смесей. При этом высвобождение средства из ядра будет происходить в результате частичного или полного разрушения металлической оболочки КНЧ под действием лазерного излучения.
Указанные выше дополнительные средства или их смеси могут быть размещены в используемом для создания композиции гидрофильном физиологически приемлемом носителе.
Способ лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения инфекционной природы, осуществляют следующим образом в два этапа.
На 1-м этапе способа лазерной термотерапии согласно изобретению осуществляют выбор фармацевтической композиции и ее нанесение на область последующего облучения, на 2-м этапе проводят лазерное облучение области, на которую нанесена фармацевтическая композиция.
Выбор фармацевтической композиции согласно изобретению осуществляют из числа фармацевтических композиций, выполненных в описанных выше вариантах и содержащих наночастицы требуемого типа, формы и размеров, выполненные цельными или полыми из металлов, выбранных из группы, включающей золото, серебро, медь и сплавы этих металлов, или в виде композитных наночастиц, с заданным соотношением размеров ядра и наружной оболочки из этих металлов или их сплавов, и, соответственно, характеризующиеся известным положением ЛППР в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм, предпочтительно, в диапазоне длин волн от 600 до 1100 нм, и диспергированные в физиологически приемлемом носителе, характеризующемся отсутствием поглощения или слабым поглощением и/или слабым рассеянием светового излучения в указанном диапазоне длин волн.
В случае предполагаемой обработки ногтей, пораженных онихомикозом, целесообразно использовать фармацевтическую композицию, дополнительно содержащую средство кератолитического действия, например мочевину, что позволит обеспечить проникновение наночастиц вглубь ногтевой пластины, к месту основной локализации грибка и избежать ее полного или частичного удаления до обработки лазерным излучением.
Использование в фармацевтических композициях согласно изобретению наночастиц, имеющих максимум ЛППР в предпочтительном диапазоне длин волн от 600 до 1100 нм, обусловлено тем, что указанный диапазон соответствует минимальному поглощению электромагнитного излучения биологическими тканями.
Как следствие, лазерное излучение с длинами волн в этом диапазоне способно проникать в ткани на большую глубину, вплоть до нескольких сантиметров. Это позволяет, в частности, проводить лечение онихомикозов без предварительного стачивания или удаления ногтевой пластины.
В качестве наночастиц, имеющих максимум ЛППР в предпочтительном диапазоне длин волн от 600 до 1100 нм, используют наночастицы, представляющие собой наностержни, полые наночастицы или композитные наночастицы со структурой «диэлектрическое ядро-металлическая оболочка».
Предпочтительным является использование композитных наночастиц со структурой ядро-оболочка, поскольку при их изготовлении с помощью известных технологий коллоидной химии может быть получен набор частиц, поглощающих в широком спектральном диапазоне, за счет использования в наночастицах ядер одного размера и варьирования лишь толщины оболочки.
2
На Фиг.1 представлена зависимость положения локализованного поверхностного плазмонного резонанса (длины волны λ) сферических композитных наночастиц, имеющих ядро из диоксида кремния (SiO) и золотую оболочку различной толщины, от отношения D/H диаметра D ядра к толщине H оболочки (кривая 1), из которой следует, что увеличение отношения D/H от 2-х до 50-ти приводит к смещению положения ЛППР с длины волны 500 нм на длину волны 2000 нм (Oldenburg S.J., Averitt R.D., Westcott S.L., Halas N.J. «Nanoengeneering of optical resonances». Chem. Phys. Lett., 1998, V. 288. P. 243). Использование указанной зависимости позволяет при создании фармацевтической композиции производить выбор сферических композитных наночастиц, имеющих геометрические параметры, необходимые для обеспечения соответствия длины волны ЛППР наночастиц длине волны используемого лазерного излучения. С использованием аналогичных зависимостей положения ЛППР наночастиц от их размеров и параметров структуры и формы может быть обеспечено создание соответствующих фармацевтических композиций, содержащих другие наночастицы с заданным положением ЛППР.
Выбранную фармацевтическую композицию согласно изобретению, например, в форме геля, мази, спрея наносят на область кожи или ее придатков, имеющую поражение инфекционной природы. При этом не требуется проникновения наночастиц в клетки патогенного организма.
На 2-м этапе способа лазерной термотерапии согласно изобретению область кожи или ее придатков, содержащую указанную фармацевтическую композицию, через некоторый промежуток времени после нанесения композиции, достаточный для проникновения фармацевтической композиции согласно изобретению в биологическую ткань на необходимую глубину, подвергают воздействию лазерного излучения, по меньшей мере, на одной длине волны, близкой к известной заданной длине волны ЛППР наночастиц или равной ей, в течение времени, по меньшей мере, достаточного для достижения заданной температуры.
Согласно изобретению, при проведении лазерной термотерапии в режиме местной гипертермии осуществляют облучение указанной пораженной области, содержащей предварительно нанесенную указанную фармацевтическую композицию, лазерным излучением на длине волны, соответствующей максимуму локализованного поверхностного плазмонного резонанса содержащихся в ней наночастиц, в течение времени, достаточного для достижения заданных температур, превышающих температуры, физиологически приемлемые для патогенных клеток.
При этом в качестве источника лазерного излучения используют непрерывный или импульсный лазер, длина волны генерации которого находится в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм, предпочтительнее, в диапазоне длин волн от 600 до 1100 нм.
При проведении лазерной термотерапии с использованием фармацевтической композиции согласно изобретению, содержащей наночастицы, состоящие из золота, серебра, меди или их сплавов, или композитные наночастицы с оболочками из этих металлов, лечебный эффект будет обеспечиваться за счет комбинации термосенсибилизирующего и токсического действия наночастиц. Предпочтительным является использование серебра, поскольку этот металл характеризуется наибольшей биоцидной активностью.
Параметры и продолжительность лазерного облучения подбирают таким образом, чтобы, во-первых, обеспечить разогрев пораженной области до температуры, достаточной для уничтожения клеток патогенного организма, а во-вторых, свести к минимуму риск поражения здоровых тканей пациента.
В случае использования в способе лазерной термотерапии фармацевтической композиции, содержащей композитные наночастицы с ядром из мезопористого материала, используемым в качестве контейнера для дополнительного средства специфического действия, например указанных средств (лекарственных препаратов) фунгицидного, противовирусного или другого действия, высвобождение средства из ядра будет происходить в результате частичного или полного разрушения металлической оболочки КНЧ под действием лазерного излучения. В этом случае лечебное действие композиции обеспечивается за счет термосенсибилизирующего и токсического действия металлов наночастиц, а также за счет биоцидного действия препарата, содержащегося в ядре композитных наночастиц или в носителе.
Продолжительность и количество сеансов лазерной термотерапии и временные интервалы между ними определяют в соответствии с типом заболевания и стадией его развития. При этом в связи с тем, что поглощающие световое излучение наночастицы, проникшие в биоткань на определенную глубину, оказываются иммобилизованными в биоткани, может быть реализован и дробный режим облучения пораженной области, содержащей наночастицы, с неоднократным достижением температуры, превышающей физиологически приемлемую для патогенных клеток, и последующим охлаждением пораженной области, что приведет к повышению эффективности метода. Ниже приведены примеры приготовления различных вариантов фармацевтических композиций согласно изобретению, осуществления лазерной термотерапии согласно изобретению и способа лечения согласно изобретению.
Пример 1. Приготовление фармацевтических композиций в виде мазей, содержащих сферические композитные наночастицы
10
-1
-1
Коллоидно-химическим методом (Yong К. - Т., Sahoo Y., Swihart М.Т., Prasad P.N. «Synthesis and plasmonic properties of silver and gold nanoshells on polystyrene cores of different size and of gold-silver core-shell nanostructures». Colloids Surf., A, 2006, V. 290, P. 89) синтезировали коллоидный раствор (гидрозоль), содержащий сферические КНЧ с ядром диаметром 120 нм из сплошного диоксида кремния и оболочкой толщиной 10 нм из серебра. Был измерен спектр коллоидного раствора (гидрозоля), представленный на Фиг.2 в виде зависимости оптической плотности композиции от длины волны падающего излучения λ (кривая 2), при этом максимум ЛППР таких частиц был расположен на длине волны 800 нм, а их молярный коэффициент экстинкции на этой длине волны составлял ~7.5×10 M см.
9
10
На основе полученного гидрозоля и гидрофильного физиологически приемлемого носителя - геля карбопола (Медиагель, Гельтек, Россия) были приготовлены фармацевтические композиции в виде мазей, согласно изобретению, содержащие указанные наночастицы, имеющие максимум ЛППР на длине волны 800 нм, в различных концентрациях: от 1×10 до 2×10 наночастиц в 1 мл композиции, что соответствовало содержанию серебра в композиции от 0,001 до 0,01 мас.%, соответственно. Как было установлено, спектры поглощения этих фармацевтических композиций, представляющие собой зависимости оптической плотности композиций от длины волны падающего излучения X, не отличались по форме от спектра поглощения указанного выше исходного - коллоидного - раствора (гидрозоля) КНЧ, представленного на Фиг.2 в виде зависимости оптической плотности композиции от длины волны падающего излучения λ (кривая 2), что свидетельствует о том, что гель карбопола оптически прозрачен в диапазоне длин волн от 400 нм до 1100 нм и не оказывает влияния на поглощение излучения наночастицами.
В созданные и описанные выше в примере 1 фармацевтические композиции дополнительно было добавлено кератолитическое средство - мочевина в концентрации от 10 до 30 мас.%.
Как было установлено, спектры поглощения этих фармацевтических композиций, представляющие собой зависимости оптической плотности композиций от длины волны падающего излучения λ, не отличались по форме от спектра поглощения указанного выше исходного коллоидного раствора (гидрозоля) КНЧ, представленного на Фиг.2 в виде зависимости оптической плотности композиции от длины волны падающего излучения λ (кривая 2), и не отличались по форме от спектров поглощения полученных, как указано выше, фармацевтических композиций в виде мазей, что свидетельствует о том, что присутствие в фармацевтической композиции мочевины не оказывает влияния на поглощение излучения композитными наночастицами.
Пример 2. Приготовление фармацевтических композиций в виде мазей, содержащих анизотропные композитные наночастицы
10
-1
-1
Коллоидно-химическим методом (Карцева М.Е., Дементьева О.В., Филиппенко М.А., Рудой В.М. «Анизотропные частицы с разной морфологией серебряной оболочки: синтез и оптические свойства». Коллоид. журн., 2011, т. 73, с.334) синтезировали коллоидный раствор (гидрозоль), содержащий анизотропные композитные наночастицы с ядром длиной 200 нм и диаметром 50 нм из (гидр)оксида железа (FeOOH) и оболочкой толщиной 5 нм из серебра. Был измерен спектр поглощения коллоидного раствора (гидрозоля), представленный на Фиг.3 в виде зависимости оптической плотности композиции от длины волны падающего излучения X (кривая 3), при этом максимум ЛППР таких наночастиц был расположен на длине волны, равной примерно 1050 нм, а их молярный коэффициент экстинкции на этой длине волны составлял ~4.5×10 M см.
9
10
На основе полученного гидрозоля и гидрофильного физиологически приемлемого носителя - геля карбопола (Медиагель, Гельтек, Россия) были приготовлены фармацевтические композиции в виде мазей, согласно изобретению, содержащие указанные анизотропные наночастицы, имеющие максимум ЛППР на длине волны 1050 нм, в различных концентрациях: от 1×10 до 2×10 наночастиц в 1 мл композиции, что соответствовало содержанию серебра в композиции от 0.0007 до 0.007 мас.%, соответственно.
Как было установлено, спектры поглощения этих фармацевтических композиций, представляющие собой зависимости оптической плотности композиций от длины волны падающего излучения X, не отличались по форме от спектра поглощения указанного выше исходного коллоидного раствора (гидрозоля) анизотропных наночастиц, представленного на Фиг.3 в виде зависимости оптической плотности композиции от длины волны падающего излучения X (кривая 3), что свидетельствует о том, что гель карбопола оптически прозрачен в диапазоне длин волн от 400 нм до 1100 нм и не оказывает влияния на поглощение излучения наночастицами.
Пример 3. Осуществление разогрева фармацевтических композиций согласно изобретению под действием лазерного излучения
9
10
Для исследования эффективности использования фармацевтических композиций согласно изобретению в способе лазерной термотерапии были приготовлены фармацевтические композиции согласно изобретению, аналогично описанным в Примере 1, содержащие: гель карбопола в качестве гидрофильного физиологически приемлемого носителя мазевой основы, 15 мас.% мочевины и сферические КНЧ, имеющие ядро диаметром 120 нм из сплошного диоксида кремния и оболочку толщиной 10 нм из серебра и характеризующиеся ЛППР с максимумом на длине волны 800 нм при концентрациях КНЧ в 1 мл композиции от 1×10 до 2×10, что соответствовало содержанию серебра в композиции от 0,001 до 0,01 мас.%, соответственно.
Полученные фармацевтические композиции объемом 1 мл были помещены в кварцевые кюветы и подвергнуты воздействию лазерного излучения с длиной волны 808 нм, близкой к длине волны максимума ЛППР указанных наночастиц. При этом в качестве источника излучения использовали лазер мощностью 0.5 Вт, работающий в непрерывном режиме. Для сравнения, лазерному облучению на указанной длине волны в указанных условиях был подвергнут и собственно гель карбопола объемом 1 мл, использованный в качестве гидрофильной физиологически приемлемой мазевой основы указанных фармацевтических композиций. Максимальное время облучения геля карбопола и указанных фармацевтических композиций составляло 20 мин. Значения температуры геля карбопола и указанных фармацевтических композиций, достигнутой по окончании их лазерной обработки, приведены в таблице. Разогрев геля карбопола и фармацевтических композиций до указанной конечной температуры происходил за 5-7 мин.
Объект облучения
Числовая концентрация сферических КНЧ в фармацевтической композиции, мл<sup>-1</sup>
Начальная температура объекта облучения (T<sub>0</sub>),°C
Конечная температура объекта облучения (T<sub>к</sub>),°C
Гель карбопола
-
27
31
Фармацевтические композиции согласно изобретению на основе геля карбопола, содержащие сферические КНЧ и 15 мас.% мочевины
1×10<sup>9</sup>
25
35
2×10<sup>9</sup>
27
40
5×10<sup>9</sup>
26
40
1×10<sup>10</sup>
27
43
2×10<sup>10</sup>
26
45
Из таблицы следует, что за время облучения (20 минут) повышение температуры самого геля карбопола было незначительным (на 4°C) по сравнению с повышением температуры фармацевтических композиций согласно изобретению (на 10-19°C в зависимости от концентрации сферических наночастиц в композиции), причем с увеличением концентрации указанных наночастиц повышалась и конечная температура фармацевтической композиции. Это указывает на то, что разогрев фармацевтических композиций согласно изобретению происходил именно за счет поглощения наночастицами лазерного излучения и его трансформации в тепловую энергию. Кроме того, как следует из таблицы, был достигнут разогрев фармацевтической композиции согласно изобретению до температур (43-45°C), физиологически неприемлемых для патогенных клеток, что при применении указанных композиций в лазерной термотерапии приведет к гибели патогенных клеток. Приведенные в таблице данные свидетельствуют о зависимости величины достигаемой температуры от содержания КНЧ в композиции, что позволяет для проведения лазерной термотерапии выбирать фармацевтическую композицию определенного состава в соответствии с требуемой максимальной температурой в области облучения, например в зависимости от состояния пораженной области.
Пример 4. Осуществление способа лечения кожи и ее придатков, имеющих поражения грибковой природы, с помощью способа лазерной термотерапии согласно изобретению
Способ лечения кожи и ее придатков, имеющих инфекционные поражения, осуществляли на примере лечения ногтей, пораженных грибковым заболеванием, с исследованием эффективности использования способа лазерной термотерапии в режиме гипертермии и применением фармацевтической композиции согласно изобретению.
Ногтевая пластина, пораженная, предположительно, онихомикозом, была срезана и разделена на две части. Для установления диагноза одна часть пластины обработана согласно инструкции фирмы Remel к диагностическому набору BactiDrop Calcofluor white: на поверхность указанной части ногтя последовательно были нанесены капли 10%-ного раствора КОН и BactiDrop Calcofluor white, затем препарат был накрыт покровным стеклом и исследован во флуоресцентном микроскопе. Обнаружены гифы гриба. Дополнительный посев позволил установить, что это - Trichophyton rubrum, что свидетельствует о поражении ногтя онихомикозом.
10
-1
На вторую часть ногтевой пластины наносили 200 мкл фармацевтической композиции согласно изобретению, содержащей гель карбопола, 15 мас.% мочевины и сферические КНЧ, имеющие ядро диаметром D=120 нм из сплошного диоксида кремния и оболочку толщиной H=10 нм из серебра, в числовой концентрации 2×10 мл и характеризующиеся положением максимума ЛППР вблизи длины волны 800 нм. Через 30 мин указанная вторая часть ногтевой пластины была подвергнута воздействию лазерного излучения с длиной волны 808 нм. При этом был использован лазер мощностью 0.5 Вт, работающий в непрерывном режиме. Контроль температуры поверхности ногтя с нанесенной указанной фармацевтической композицией осуществляли с помощью тепловизора testo 875-1. Время облучения составило 1 мин, при этом за указанное время температура поверхности ногтя достигла 47°C. Для установления жизнеспособности клеток гриба после такой обработки использовали метод окраски нейтральным красным.
Микроскопический анализ окрашенного образца не выявил живых клеток Trichophyton rubrum (с окрашенными вакуолями), что свидетельствовало о том, что сеанс лазерной термотерапии в режиме местной гипертермии в указанных условиях привел к полному уничтожению грибка.
Таким образом, разработкой фармацевтических композиций согласно изобретению обеспечен высокий технический результат, обуславливающий высокую эффективность применения этих фармацевтических композиций в лазерной термотерапии кожи и ее придатков, имеющих поражения инфекционной природы, а именно:
- обеспечена возможность приготовления фармацевтических композиций, способных поглощать энергию светового излучения в широком спектральном диапазоне и трансформировать ее в тепловую энергию с достижением определенной температуры при их лазерном облучении на определенной длине волны за счет присутствия в фармацевтических композициях определенного количества наночастиц, содержащих металлы из группы, включающей золото, серебро, медь и их сплавы, имеющих определенные форму, размеры и структуру, при этом характеризующихся ЛППР на определенной заданной длине волны, что гарантирует достижение требуемой температуры разогрева области облучения в широком диапазоне режимов местной лазерной термотерапии, в том числе в режиме гипертермии, причем с наибольшей эффективностью - при совпадении максимума ЛППР наночастиц с длиной волны генерации лазерного излучения;
- наличие в композициях наружного применения, выполненных в различных формах на основе гидрофильных физиологически приемлемых носителей, наночастиц, эффективно поглощающих световую энергию, исключает при лечении инфекционных заболеваний кожи и ее придатков необходимость введения в кровеносную систему организма чужеродных для него веществ, в неконтролируемом количестве проникающих в здоровые и патогенные клетки организма;
- выполнение композиций в различных вариантах по составу, с возможностью размещения в них медикаментозных средств соответствующего действия, высвобождающихся внутри биоткани пораженной области и проникающих в клетки патогена, повышает эффективность лечения с помощью лазерной термотерапии;
- наличие в композициях наночастиц металлов, обладающих биоцидными свойствами, обеспечивает дополнительную антибактериальную обработку области поражения как в процессе лазерной термотерапии, так и после нее.
Применение способа лазерной термотерапии согласно изобретению с использованием фармацевтических композиций согласно изобретению обеспечивает возможность выбора композиции в соответствии с выбранными режимами облучения, обеспечивая при этом в области инфекционного поражения гарантии достижения выбранного температурного режима в течение выбранного времени, приводящего к заданному терапевтическому эффекту при использовании при этом безопасного для организма режима лазерного излучения.
Применение способа лечения кожи и ее придатков, имеющих поражения грибковой, вирусной или бактериальной природы, с использованием способа лазерной термотерапии согласно изобретению обеспечивает высокую эффективность воздействия лазерного излучения и заданный результат лечения.
Специалистам в области медицины должно быть понятно, что в фармацевтическую композицию согласно изобретению, в способ лазерной термотерапии согласно изобретению и в способ лечения кожи и ее придатков, имеющих поражения грибковой, вирусной или бактериальной природы, могут быть внесены усовершенствования и модификации, не выходящие за рамки формулы изобретения.
Как описано выше, получение фармацевтических композиций согласно изобретению и реализация способа лазерной термотерапии согласно изобретению и способа лечения кожи и ее придатков, имеющих поражения грибковой, вирусной или бактериальной природы, могут быть осуществлены с использованием известных технологий и известного оборудования, что обеспечивает возможность их широкого применения в медицине.