Биомедицинский материал для диагностики патологий в биологических тканях
BIOMEDICAL MATERIAL FOR DIAGNOSING PATHOLOGIES IN BIOLOGICAL TISSUES

Изобретение относится к области медицины, а именно к способу диагностики патологий в биологических тканях, в частности при  онкологических заболеваниях.
2
4
6
2
3+
3+
Известен апконверсионный люминофор на основе фторапатита, допированного иттербием и гольмием, состава (CaYbHoNa)(PO)F, который потенциально может найти применение в биомедицине. При этом используется процесс апконверсионной фотолюминесценции для визуализации клеток путем фиксации их люминесценции после проникновения в них кристаллов фторапатита. При возбуждении ИК-излучением с длиной волны 980 нм кристаллы, в основном, проявляют две полосы люминесценции близкой интенсивности: зеленую полосу с центром при 543 нм и красную при 654 нм. Для визуализации клетки используют гидрофильный раствор декстрана с целью прививки кристаллов фторапатита (Xiyu Li, Jingxian Zhu, Zhentao Man, Yingfang Ao, Haifeng Chen. Investigation on the structure and upconversion fluorescence of Yb/Ho co-doped fluorapatite crystals for   applications //SCIENTIFIC REPORTS | 4 : 4446 | DOI: 10.1038/srep04446).
Недостатком известного материала является наличие двух полос люминесценции (зеленой и красной), что ухудшает  идентификацию биоизображений.
4
Известен материал на основе апконверсионного люминофора, модифицированного цистеином, состава NaYF, допированного иттербием и эрбием или иттербием и туллием. Спектр наночастиц в культуральном растворе (возбуждение излучением с длиной волны 980 нм) состоит из красной компоненты (630 - 680 нм) и зеленой (525 - 560 нм). При этом  отношение интенсивности красной компоненты к интенсивности  зеленой компоненты составляет 1200 – 1300 % (Appl. CN 103540311; МПК B82Y 20/00, 30/00, 40/00; C09K 11/02, 85; G01N 21/64; 2014 год) (прототип).
Однако недостатком известного материала является недостаточно большая разница между интенсивностью красной и зеленой компонентами, что ухудшает визуализацию патологий в биологических тканях, в частности опухолевых новообразований.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать биомедицинский материал на основе апконверсионного люминофора, имеющего высокую интенсивность свечения преимущественно красного цвета при возбуждении излучением 980 нм.
2
6,8
0,2
6
26
3
2
3
7
3
2
3
8
3
Поставленная задача решена в предлагаемом биомедицинском материале для диагностики патологий в биологических тканях, содержащем наноразмерный апконверсионный люминофор и органическую добавку, который содержит в качестве апконверсионного люминофора наноаморфный сложный силикат редкоземельных элементов состава SrYYbErSiO, а в качестве органической добавки – демитилглицеролаты кремния состава (CH)Si(CHO)∙ xCHO, где 0,25 ≤ х ≤ 0,40, при следующем соотношении, мас.%:
сложный силикат редкоземельных элементов
-    8,5 ÷ 10;
демитилглицеролаты кремния
- остальное до 100.
2
6,8
0,2
6
26
3
2
3
7
3
2
3
8
3
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен биомедицинский материал для диагностики патологий в биологических тканях, содержащий наноаморфный апконверсионный люминофор состава SrYYbErSiO, а в качестве органической добавки – демитилглицеролаты кремния состава (CH)Si(CHO)∙ xCHO, где 0,25 ≤ х ≤ 0,40, в предлагаемом диапазоне  соотношения компонентов.
2
6,8
0,2
6
26
3
2
3
7
3
2
3
8
3
2
6,8
0,2
6
26
2
6,8
0,2
6
26
В состав предлагаемого биомедицинского материала входит апконверсионный люминофор состава SrYYbErSiOв наноаморфном состоянии с частицами размером 2.6-5.0 нм (патент RU 2626020), исследования, проведенные авторами, показали его хорошую фармакологическую и физико-химическую совместимость с органической добавкой - демитилглицеролатами кремния состава (CH)Si(CHO)∙ xCHO(патент RU 2415144), которые благодаря наличию высокой трансдермальной проводимости обеспечивают эффективный перенос активного вещества (апконверсионного люминофора) в область патологии. Демитилглицеролаты кремния представляют собой прозрачную бесцветную вязкую жидкость, относящуюся к малотоксичным соединениям (IV класс опасности), обладающие высокой биосовместимостью с клетками, отсутствием цитотоксичности, легко пенетрируют в ткани организма. Однако, исходя из известного уровня техники, нельзя с очевидностью утверждать о возможности их использования в качестве основы в средстве, содержащем в качестве активно действующего вещества апконверсионного люминофора состава SrYYbErSiO. Исследования, проведенные авторами, позволили выявить при использовании предлагаемого биомедицинского материала возможность получения синергетического, а не аддитивного эффекта. Поскольку в апконверсионном нанолюминофоре состава SrYYbErSiO  происходят нелинейные процессы возбуждения свечения, при этом при прохождении лазерного излучения через органическую среду происходит небольшое уменьшение его мощности. В результате из-за нелинейности процессов возбуждения нанолюминофора наблюдается уменьшение интенсивности зеленой компоненты и относительное увеличение интенсивности красной, и, как следствие, увеличивается отношение интенсивности красной компоненты к интенсивности  зеленой компоненты. Экспериментальным путем были установлены пределы количественного содержания компонентов, обеспечивающие проявление максимального эффекта визуализации. Так, при увеличении содержания апконверсионного люминофора более 10 мас.% наблюдается его  выпадение  в осадок. При уменьшении содержания апконверсионного люминофора менее 8.5 мас.% наблюдается уменьшение интенсивности и увеличение полуширины спектральной линии красной компоненты. Таким образом, сочетанное действие компонентов предлагаемого биомедицинского материала обеспечивает получение синергетического эффекта, а именно улучшение  визуализации патологии органа за счет усиление красной компоненты свечения.
2
6,8
0,2
6
26
3
2
3
7
3
2
3
8
3
2
6,8
0,2
6
26
Предлагаемый биомедицинский материал может быть получен следующим образом. Берут наноаморфный порошок с размером частиц 2.6-5.0 нм сложного силиката редкоземельных элементов состава SrYYbErSiO, помещают во флакон с диметилглицеролатом кремния состава (CH)Si(CHO)∙ xCHO, где 0,25 ≤ х ≤ 0,40, в виде прозрачной бесцветной вязкой жидкости  при следующем соотношении компонентов, мас. %: наноаморфный порошок с частицами размером 2.6-5.0 нм состава SrYYbErSiO – 8.5 ÷ 10, диметилглицеролаты кремния – остальное до 100, и тщательно перемешивают до получения однородной массы.
Люминесценцию полученного материала возбуждают лазером с длиной волны 980 нм. Спектры люминесценции получают на спектрометре и регистрируют с помощью фотоэлектронного умножителя. Возможность визуализации патологических клеток биологических тканей подтверждена исследованием культурального раствора, содержащего клетки Saos.
Получение и использование предлагаемого биомедицинского материала иллюстрируется следующими примерами.
3
2
3
7
3
2
3
8
2
6,8
0.2
6
26
2
6,8
0,2
6
26
3
2
3
7
3
2
3
8
3
Пример 1. В стеклянный сосуд помещают 9.0 г диметилглицеролатов кремния состава (CH)Si(CHO)∙ 0.25CHO (90 мас. %) и 1.0 г (10 масс. %) нанаморфного порошка силиката SrYYbErSiO с размером частиц 5.0 нм и тщательно перемешивают до получения однородной массы. Получают средство состава, мас. %:. наноаморфный сложный силикат редкоземельных элементов состава SrYYbErSiO– 10; демитилглицеролаты кремния состава (CH)Si(CHO)∙ 0.25CHO - 90. Затем проверяют апконверсионную фотолюминесценцию. Свечение возбуждают лазером с длиной волны 980 нм. Спектр люминесценции состоит из красного излучения (630 − 680 нм) и зеленого излучения (520 − 570 нм). При этом  отношение интенсивности красного излучения к интенсивности зеленого составляет 1600 %.
3
2
3
7
3
2
3
8
2
6,8
0.2
6
26
2
6,8
0,2
6
26
3
2
3
7
3
2
3
8
3
Пример 2. В стеклянный сосуд помещают 9.15 г диметилглицеролатов кремния состава (CH)Si(CHO)∙ 0.40CHO (91.5 мас. %) и 0.85 г (8.5 масс. %) нанаморфного порошка силиката SrYYbErSiO   с размером частиц 4.0 нм и тщательно перемешивают до получения однородной массы. Получают средство состава, мас. %:. наноаморфный сложный силикат редкоземельных элементов состава SrYYbErSiO– 8.5; демитилглицеролаты кремния состава (CH)Si(CHO)∙ 0.40CHO– 91.5. Затем проверяют апконверсионную фотолюминесценцию полученной суспензии. Свечение возбуждают лазером с длиной волны 980 нм. Спектр люминесценции состоит из красного излучения (630 − 680 нм) и зеленого излучения (520 − 570 нм). При этом  отношение интенсивности красного излучения к интенсивности зеленого составляет 1400 %.
2
6,8
0,2
6
26
Пример 3. В культуральный флакон помещают суспензию, содержащую клетки Saos и  биомедицинский материал состава в соответствие с примером 1. Полученный суспензию инкубируют при температуре 37 ºС в течение 1 суток после чего отмывают солевым раствором. Затем проверяют фотолюминесценцию клеток. Свечение возбуждают лазером с длиной волны 980 нм. Визуально свечение состоит из красного излучения (630 − 680 нм), что указывает на захват клетками наночастиц активного вещества -  сложного силиката состава SrYYbErSiO,.
Таким образом, авторами предлагается биомедицинский материал для диагностики патологий в биологических тканях, обеспечивающий улучшение визуализации патологических клеток биологической ткани за счет усиления свечения красной компоненты излучения.