Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Химия. Биология. Экология

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)

Для цитирования:

Тучина Е. С., Сурков Ю. И., Серебрякова И. А., Шарабарина Т. В., Генин В. Д., Мусаелян А. Г., Долотов Л. Е., Тучин В. В. Ex vivo модель использования метода оптического просветления кожи при антимикробном фотодинамическом воздействии // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2025. Т. 25, вып. 1. С. 76-88. DOI: 10.18500/1816-9775-2025-25-1-76-88, EDN: SYWLBU

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 11)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Биология
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
577.344.3:57.033
DOI: 
10.18500/1816-9775-2025-25-1-76-88
EDN: 
SYWLBU

Ex vivo модель использования метода оптического просветления кожи при антимикробном фотодинамическом воздействии

Авторы: 
Тучина Елена Святославна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Сурков Юрий Игоревич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Серебрякова Изабелла Анатольевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Шарабарина Татьяна Валерьевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Генин Вадим Дмитриевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Мусаелян Ара Гагикович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Долотов Леонид Евгеньевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Тучин Валерий Викторович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Оценивалась эффективность чрескожного фотодинамического воздействия с использованием синего (428 нм) светодиодного облучения на Staphylococcus aureus 11 в сочетании с водорастворимым катионным пиридилпорфирином и оптическими просветляющими агентами (OПA) в модели ex vivo. Результаты показали, что при прохождении излучения сквозь кожный лоскут наличие OПA значительно усиливает фотодинамическую инактивацию бактериальных клеток (на 61% после 15 мин воздействия света), что сопоставимо с прямым облучением. Анализ оптических параметров выявил снижение коэффициентов рассеяния и поглощения и увеличение глубины проникновения света (до 121,6%) в образцах кожи, обработанных OПA. Результаты подтверждают, что оптическое просветление повышает эффективность антимикробного фотодинамического воздействия за счет усиления проникновения света в более глубокие слои тканей, снижения потребности в высокой интенсивности лазера и минимизации повреждения поверхностных тканей. Этот подход является перспективным для лечения инфекций кожи, слизистых оболочек и мягких тканей у людей и животных, предлагая ценную информацию о взаимодействии света и тканей и оптимизируя фотодинамическую терапию, одновременно снижая риски, связанные с использованием светодиодов и лазеров.

Ключевые слова: 
антибактериальная фотодинамическая терапия
оптическое просветление биотканей
синее светодиодное излучение
428 нм
пиридилпорфирины
Staphylococcus aureus
Список источников: 
  1. Mahmoudi H., Pourhajibagher M., Chiniforush N., Alikhani M. Y., Bahador A. Antimicrobial photodynamic therapy: Modern technology in the treatment of wound infections in patients with burns // J. Wound Care. 2023. Vol. 32. P. 31–38. https://doi.org/10.12968/jowc.2023.32.Sup4a.xxxi  
  2. Hu X., Huang Y.-Y., Wang Y., Wang X., Hamblin M. R. Antimicrobial photodynamic therapy to control clinically relevant biofilm infections // Frontiers in Microbiology. 2018. Vol. 9. P. 1–24. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01299  
  3. Feng Y., Tonon C. C., Ashraf S., Hasan T. Photodynamic and antibiotic therapy in combination against bacterial infections: Efficacy, determinants, mechanisms, and future perspectives // Adv. Drug Deliv. Rev. 2021. Vol. 177. EN 113941. https://doi.org/10.1016/j.addr.2021.113941  
  4. Huang S., Lin S., Qin H., Jiang H., Liu M. The parameters affecting antimicrobial efficiency of antimicrobial blue light therapy: A review and prospect // Biomedicines. 2023. Vol. 11. Article number 1197. P. 1–13. https://doi.org/10.3390/biomedicines11041197  
  5. Tuchin V. V., Genina E. A., Tuchina E. S., Svetlakova A. V., Svenskaya Y. I. Optical clearing of tissues: Issues of antimicrobial phototherapy and drug delivery // Advanced Drug Delivery Reviews. 2022. Vol. 180. EN 114037. P. 1–122. https://doi.org/10.1016/j.addr.2021.114037  
  6. 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 // J. Sel. Top. Quantum Electron. 2012. Vol. 18, № 3. P. 1244–1259. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2011.2181991  
  7. Oliveira L., Tuchin V. V. The optical clearing method: A new tool for clinical practice and biomedical engineering. Basel : Springer Nature Switzerland AG, 2019. 177 p.  
  8. Tuchin V. V., Zhu D., Genina E. A. Handbook of Tissue Optical Clearing. Boca Raton: CRC Press, 2022. 682 p. https://doi.org/10.1201/9781003025252  
  9. Shariati B. K. B., Khatami S. S., Ansari M. A., Jahangiri F., Latifi H., Tuchin V. V. Method for tissue clearing: Temporal tissue optical clearing // Biomed. Opt. Exp. 2022. Vol. 13, № 8. P. 4222–4235. https://doi.org/10.1364/BOE.461115  
  10. Costantini I., Cicchi R., Silvestri L., Vanzi F., Pavone F. S. In vivo and ex vivo optical clearing methods for biological tissues: Review // Biomed. Opt. Express. 2019. Vol. 10. P. 5251–5267. https://doi.org/10.1364/boe.10.005251  
  11. Feng W., Shi R., Ma N., Tuchina D. K., Tuchin V. V., Zhu D. Skin optical clearing potential of disaccharides // J. Biomed. Opt. 2016. Vol. 21, № 8. EN 081207. https://doi.org/10.1117/1.JBO.21.8.081207  
  12. Shi R., Guo L., Zhang C., Feng W., Li P., Ding Z., Zhu D. A useful way to develop effective in vivo skin optical clearing agents // J. Biophoton. 2017. Vol. 10. P. 887–895. https://doi.org/10.1002/jbio.201600221  
  13. Liu Y., Zhu D., Xu J., Wang Y., Feng W., Chen D., Li Y., Liu H., Guo X., Qiu H., Gu Y. Penetration-enhanced optical coherence tomography angiography with optical clearing agent for clinical evaluation of human skin // Photodiagnosis Photodyn. Ther. 2020. Vol. 30. EN 101734. https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2020.101734  
  14. Yu T., Zhong X., Li D., Zhu J., Tuchin V. V., Zhu D. Delivery and kinetics of immersion optical clearing agents in tissues: Optical imaging from ex vivo to in vivo // Adv. Drug. Deliv. Rev. 2024. Vol. 215. EN 115470. https://doi.org/10.1016/j.addr.2024.115470  
  15. Selifonov A. A., Tuchin V. V. Tissue optical clearing in the ultraviolet for clinical use in dentistry to optimize the treatment of chronic recurrent aphthous stomatitis // J. Biomed. Photonics. Eng. 2020. Vol. 6, № 4. EN 040301. https://doi.org/10.18287/jbpe20.06.040301  
  16. Pires L., Demidov V., Wilson B. C., Salvio A. G., Moriyama L., Bagnato V. S., Vitkin I. A., Kurachi C. Dual-agent photodynamic therapy with optical clearing eradicates pigmented melanoma in preclinical tumor models // Cancers. 2020. Vol. 12, № 7. EN 1956. https://doi.org/10.3390/cancers12071956  
  17. Martinelli L. P., Iermak I., Moriyama L. T., Requena M. B., Pires L., Kurachi C. Optical clearing agent increases effectiveness of photodynamic therapy in a mouse model of cutaneous melanoma: An analysis by Raman microspectroscopy // Biomed. Opt. Exp. 2020. Vol. 11, № 11. P. 6516–6527. https://doi.org/10.1364/BOE.405039  
  18. Тучина Е. С., Корченова М. В., Закоян А. А., Тучин В. В. Влияние штаммовых различий на устойчивость Staphylococcus aureus к фотодинамическому воздействию с использованием мезо-замещенных катионных порфиринов // Известия Саратовского университета. Физика. 2024. Т. 24, вып. 3. С. 216–227. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2024-24-3-216-227  
  19. Tovmasyan A. G., Babayan N. S., Sahakyan L. A., Shahkhatuni A. G., Gasparyan G. H., Aroutiounian R. M., Ghazaryan R. K. Synthesis and in vitro anticancer activity of water-soluble cationic pyridylporphyrins and their metallocomplexes // J. of Porphyrins and Phthalocyanines. 2008. Vol. 12, iss. 10. P. 1100–1110. https://doi.org/10.1142/s1088424608000467  
  20. Gyulkhandanyan G. V., Sargsyan A. A., Paronyan M. H., Sheyranyan M. A. Absorption and fluorescence spectra parameters of cationic porphyrins for photodynamic therapy of tumors // Biolog. Journal of Armenia. 2020. Vol. 3, iss. 72. P. 72–76.  
  21. Bashkatov A. N., Genina E. A., Kozintseva M. D., Kochubei V. I., Gorodkov S. Yu., Tuchin V. V. Optical properties of peritoneal biological tissues in the spectral range of 350–2500 nm // Opt. Spectrosc. 2016. Vol. 120, № 1. P. 1–8.  
  22. Khan R., Gul B., Khan S., Nisar H., Ahmad I. Refractive index of biological tissues: Review, measurement techniques, and applications // Photodiagnosis Photodyn. Ther. 2021. Vol. 33. EN 102192. https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2021.102192  
  23. Lazareva E. N., Oliveira L., Yanina I. Yu., Chernomyrdin N. V., Musina G. R., Tuchina D. K., Bashkatov A. N., Zaytsev K. I., Tuchin V. V. Refractive index measurements of tissue and blood components and OCAs in a wide spectral range // Handbook of Tissue Optical Clearing. CRC Press, 2022. P. 141–166.  
  24. Genina E. A. Tissue optical clearing: State of the art and prospects // Diagnostics. 2022. Vol. 12, № 7. EN 1534. https://doi.org/10.3390/diagnostics12071534  
  25. Wang R. K. Modelling optical properties of soft tissue by fractal distribution of scatterers // Journal of Modern Optics. 2000. Vol. 47, № 1. P. 103–120.  
  26. Bashkatov A. N., Genina E. A., Kochubey V. I., Tuchin V. V. Optical properties of human skin, subcutaneous and mucous tissues in the wavelength range from 400 to 2000 nm // Journal of Physics D: Applied Physics. 2005. Vol. 38, № 15. P. 25–43. https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/15/004  
  27. Zhao Z., Ma J., Wang Y., Xu Z., Zhao L., Zhao J., Hong G., Liu T. Antimicrobial photodynamic therapy combined with antibiotic in the treatment of rats with third-degree burns // Front. Microbiol. 2021. Vol. 12. EN 622410. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.622410  
  28. Svenskaya Y. I., Verkhovskii R. A., Zaytsev S. M., Lademann J., Genina E. A. Current issues in optical monitoring of drug delivery via hair follicles // Adv. Drug. Deliv. Rev. 2025. Vol. 217. EN 115477. https://doi.org/10.1016/j.addr.2024.115477
Поступила в редакцию: 
12.02.2025
Принята к публикации: 
18.02.2025
Опубликована: 
31.03.2025
Краткое содержание:
скачать
(загрузок: 5)