LUMINESCENCE DIAGNOSTICS OF TUMORS WITH UPCONVERSION NANOPARTICLES

V. V. Rocheva; Рочева В. В.; N. V. Sholina; Шолина Н. В.; S. P. Derevyashkin; Деревяшкин С. П.; A. N. Generalova; Генералова А. Н.; A. V. Nechaev; Нечаев А. В.; D. A. Khochenkov; Хоченков Д. А.; V. A. Semchishen; Семчишен В. А.; E. V. Khaydukov; Хайдуков Е. В.; E. V. Stepanova; Степанова Е. В.; V. Ya. Panchenko; Панченко В. Я.

doi:10.18786/2072-0505-2016-44-2-227-233

ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ДИАГНОСТИКА ОПУХОЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ АПКОНВЕРТИРУЮЩИХ НАНОЧАСТИЦ

Авторы: Рочева В.В.¹^,2, Шолина Н.В.¹^,3^,4, Деревяшкин С.П.¹^,2, Генералова А.Н.¹^,5^,6, Нечаев А.В.¹^,7^,8, Хоченков Д.А.¹^,3^,4, Семчишен В.А.¹^,2, Хайдуков Е.В.¹^,2, Степанова Е.В.⁹^,4, Панченко В.Я.¹^,2
Учреждения:
1. ФГБУН «Институт проблем лазерных и информационных технологий» РАН
2. 140700, Московская область, г. Шатура, ул. Святоозерская, 1, Российская Федерация
3. 140700, Московская область, г. Шатура, ул. Святоозерская, 1, Российская Федерация ФГБУ «Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина» Минздрава России
4. 115478, г. Москва, Каширское шоссе, 24, Российская Федерация
5. 140700, Московская область, г. Шатура, ул. Святоозерская, 1, Российская Федерация ФГБУН «Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» РАН
6. 117997, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10, Российская Федерация
7. 140700, Московская область, г. Шатура, ул. Святоозерская, 1, Российская Федерация ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова»
8. 119571, г. Москва, проспект Вернадского, 86, Российская Федерация
9. ФГБУ «Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина» Минздрава России
Выпуск: Том 44, № 2 (2016)
Страницы: 227-233
Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
URL: https://almclinmed.ru/jour/article/view/341
DOI: https://doi.org/10.18786/2072-0505-2016-44-2-227-233
ID: 341

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Актуальность. Для повышения качества онкологических операций необходимо полностью удалить опухоль, включая метастазы, свести к минимуму повреждения здоровых тканей и сократить время операции. Современные методы детектирования, в основе которых лежит рентгеновская компьютерная томография, а также магнитно-резонансная томография, определяют опухоль, когда ее объем становится достаточно большим (содержит более 10 миллиардов клеток). В этой связи актуальной задачей представляется повышение чувствительности и раз- решающей способности методов диагностики для обнаружения злокачественных новообразований на ранних этапах развития. Цель – продемонстрировать возможности применения нового класса антистоксовых люминесцентных наночастиц для глубокой высококонтрастной оптической визуализации злокачественных опухолей. Материал и методы. В работе использовались узкодисперсные апконвертирующие наночастицы размером 70–80 нм, имеющие структуру ядро/оболочка NaYF4:Yb3+:Tm3+/NaYF4. Наночастицы обладают интенсивной полосой антистоксовой фотолюминесценции на длине волны 800 нм при возбуждении излучением на длине волны 975 нм (обе длины волны попадают в окно прозрачности биологической ткани). Коэффициент конверсии возбуждающего излучения в антистоксовую люминесценцию составлял 9%. Для увеличения времени циркуляции частиц в кровотоке малых животных наночастицы покрывались биосовместимой амфифильной полимерной оболочкой. В качестве опухолевой модели использовалась перевитая мышам эпидермоидная карцинома Льюиса. Результаты. Получены стабильные водные коллоиды наночастиц, покрытых амфифильным полимером, способные сохранять первичные размеры в течение как минимум месяца. Применение апконвертирующих наночастиц с гидрофильной оболочкой из чередующегося сополимера малеинового ангидрида и октадецена с последующим покрытием с помощью диглицидилового эфира полиэтилен- гликоля позволило снизить неспецифическое взаимодействие наночастиц с белками плазмы крови, что, в свою очередь, привело к увеличению времени их циркуляции в кровотоке малых животных до 1 часа. На модели карциномы легкого Льюиса, перевитой мышам, продемонстрирована прижизненная доставка апконвертирующих наночастиц в опухоль с высокой степенью локализации за счет пассивного EPR-эффекта. Контраст люминесцентного сигнала в опухоли по отношению к окружающим тканям составил не менее 70%. Продемонстрирована возможность визуализации апконвертирующих наночастиц в глубине биоткани до 15 мм. Заключение. Методы оптической визуализации с применением антистоксовых фотолюминесцентных маркеров обеспечивают высокий контраст обнаружения опухолевых тканей в режиме реального времени, что позволяет использовать их для интраоперационной диагностики.

Ключевые слова

апконвертирующие наночастицы, оптическая люминесцентная визуализация, интраоперационная оценка границ опухоли

Об авторах

В. В. Рочева

ФГБУН «Институт проблем лазерных и информационных технологий» РАН; 140700, Московская область, г. Шатура, ул. Святоозерская, 1, Российская Федерация

Email: khaydukov@mail.ru
аспирант, мл. науч. сотр., лаборатория нелинейной оптики поверхности и лазерно-плазменных процессов, отделение перспективных лазерных технологий1 Россия

Н. В. Шолина

ФГБУН «Институт проблем лазерных и информационных технологий» РАН; 140700, Московская область, г. Шатура, ул. Святоозерская, 1, Российская Федерация
ФГБУ «Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина» Минздрава России; 115478, г. Москва, Каширское шоссе, 24, Российская Федерация

Email: khaydukov@mail.ru
мл. науч. сотр., лаборатория нелинейной оптики поверхности и лазерно- плазменных процессов, отделение перспективных лазерных технологий1 ; мл. науч. сотр., лаборатория биомаркеров и механизмов опухолевого ангиогенеза, НИИ экспериментальной диагностики и терапии опухолей2 Россия

С. П. Деревяшкин

Email: khaydukov@mail.ru
лаборант-исследователь, лаборатория нелинейной оптики поверхности и лазерно-плазменных процессов, отделение перспективных лазерных технологий Россия

А. Н. Генералова

ФГБУН «Институт проблем лазерных и информационных технологий» РАН; 140700, Московская область, г. Шатура, ул. Святоозерская, 1, Российская Федерация
ФГБУН «Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» РАН; 117997, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10, Российская Федерация

Email: khaydukov@mail.ru
канд. хим. наук, ст. науч. сотр., лаборатория нелинейной оптики поверхности и лазерно-плазменных процессов, отделение перспективных лазерных технологий1 ; ст. науч. сотр., лаборатория полимеров для биологии Россия

А. В. Нечаев

ФГБУН «Институт проблем лазерных и информационных технологий» РАН; 140700, Московская область, г. Шатура, ул. Святоозерская, 1, Российская Федерация
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова»; 119571, г. Москва, проспект Вернадского, 86, Российская
Федерация

Email: khaydukov@mail.ru
канд. хим. наук, лаборатория нелинейной оптики поверхности и лазерно- плазменных процессов, отделение перспективных лазерных технологий1 ; доцент кафедры химии и технологии биологически активных соединений им. Н.А. Преображенского Россия

Д. А. Хоченков

Email: khaydukov@mail.ru
канд. биол. наук, науч. сотр., лаборатория нелинейной оптики поверхности и лазерно-плазменных процессов, отделение перспективных лазерных технологий1 ; науч. сотр., лаборатория биомаркеров и механизмов опухолевого ангиогенеза, НИИ экспериментальной диагностики и терапии опухолей Россия

Список литературы

Renton SC, Gazet JC, Ford HT, Corbishley C, Sutcliffe R. The importance of the resection margin in conservative surgery for breast cancer. Eur J Surg Oncol. 1996;22(1):17–22.
Schiller DE, Le LW, Cho BC, Youngson BJ, McCready DR. Factors associated with negative margins of lumpectomy specimen: potential use in selecting patients for intraoperative radiotherapy. Ann Surg Oncol. 2008;15(3):833–42.
Hadjipavlou AG, Kambin P, Lander PH, Crow WN, Simmons JW. Imaging guided minimally invasive surgery for low back pain sciatica and spinal infection. Journal of Interventional Radiology. 1999;14(1):1–22.
van Dam GM, Themelis G, Crane LM, Harlaar NJ, Pleijhuis RG, Kelder W, Sarantopoulos A, de Jong JS, Arts HJ, van der Zee AG, Bart J, Low PS, Ntziachristos V. Intraoperative tumor-specific fluorescence imaging in ovarian cancer by folate receptor-α targeting: first in-human results. Nat Med. 2011;17(10):1315–9. doi: 10.1038/nm.2472.
Nadort A, Sreenivasan VK, Song Z, Grebenik EA, Nechaev AV, Semchishen VA, Panchenko VY, Zvyagin AV. Quantitative imaging of single upconversion nanoparticles in biological tissue. PLoS One. 2013;8(5):e63292. doi: 10.1371/journal.pone.0063292.
Grebenik EA, Nadort A, Generalova AN, Nechaev AV, Sreenivasan VK, Khaydukov EV, Semchishen VA, Popov AP, Sokolov VI, Akhmanov AS, Zubov VP, Klinov DV, Panchenko VY, Deyev SM, Zvyagin AV. Feasibility study of the optical imaging of a breast cancer lesion labeled with upconversion nanoparticle biocomplexes. J Biomed Opt. 2013;18(7):76004. doi: 10.1117/1.JBO.18.7.076004.
Tromberg BJ, Shah N, Lanning R, Cerussi A, Espinoza J, Pham T, Svaasand L, Butler J. Non-invasive in vivo characterization of breast tumors using photon migration spectroscopy. Neoplasia. 2000;2(1–2):26–40. doi: 10.1038/ sj.neo.7900082.
Moghimi SM, Hunter AC, Murray JC. Long-circulating and target-specific nanoparticles: theory to practice. Pharmacol Rev. 2001;53(2):283–318.
Maeda H. Macromolecular therapeutics in cancer treatment: the EPR effect and beyond. J Control Release. 2012;164(2):138–44. doi: 10.1016/j.jconrel.2012.04.038.
Matsumura Y, Maeda H. A new concept for macromolecular therapeutics in cancer chemotherapy: mechanism of tumoritropic accumulation of proteins and the antitumor agent smancs. Cancer Res. 1986;46(12 Pt 1):6387–92.
Wu J, Akaike T, Maeda H. Modulation of enhanced vascular permeability in tumors by a bradykinin antagonist, a cyclooxygenase inhibitor, and a nitric oxide scavenger. Cancer Res. 1998;58(1):159–65.
Cole AJ, David AE, Wang J, Galbán CJ, Yang VC. Magnetic brain tumor targeting and biodistribution of long-circulating PEG-modified, cross-linked starch-coated iron oxide nanoparticles. Biomaterials. 2011;32(26):6291–301. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.05.024.
Noguchi Y, Wu J, Duncan R, Strohalm J, Ulbrich K, Akaike T, Maeda H. Early phase tumor accumulation of macromolecules: a great difference in clearance rate between tumor and normal tissues. Jpn J Cancer Res. 1998;89(3):307–14.
Cabral H, Matsumoto Y, Mizuno K, Chen Q, Murakami M, Kimura M, Terada Y, Kano MR, Miyazono K, Uesaka M, Nishiyama N, Kataoka K. Accumulation of sub-100 nm polymeric micelles in poorly permeable tumours depends on size. Nat Nanotechnol. 2011;6(12):815–23. doi: 10.1038/nnano.2011.166.
Khaydukov EV, Semchishen VA, Seminogov VN, Sokolov VI, Popov AP, Bykov AV, Nechaev AV, Akhmanov AS, Panchenko VYa, Zvyagin AV. Enhanced spatial resolution in optical imaging of biotissues labelled with upconversion nanoparticles using a fibre-optic probe scanning technique. Laser Phys Lett. 2014;11(9):095602. dx.doi.org/10.1088/1612- 2011/11/9/095602.
Хайдуков ЕВ, Рочева ВВ, Семчишен ВА, Семиногов ВН, Соколов ВИ, Звягин АВ, Ахманов АС, Панченко ВЯ, Нечаев АВ, Генералова АН, Шехтер АБ. Оптическая визуализация опухолевых тканей с применением антистоксовых наночастиц. Вестник Российского фонда фундаментальных исследований. 2014;(4):7–17.

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

Имя пользователя
Пароль
Запомнить меня

Забыли пароль?	Регистрация

Имя пользователя
Пароль
Запомнить меня

Забыли пароль?	Регистрация

Том 52, № 6 (2024)