КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-72-00015

НазваниеРазработка фотоакустического метода оценки локальной концентрации наночастиц в биологических тканях для перспективных задач биомедицины

Руководитель Попов Антон Александрович, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" , г Москва

Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые слова фотоакустика, наночастицы, концентрация, биомедицинские применения, оптические фантомы, фототермическая терапия, оптическая гипертермия, лазеры, лазерная абляция в жидкости, тераностика.

Код ГРНТИ29.33.47

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект нацелен на изучение способов измерения концентрации неорганических наночастиц (НЧ) в биологических тканях с использованием методов фотоакустики (ФА). Разрабатываемые методы нацелены на применение, в первую очередь, с НЧ, способными эффективно нагреваться при облучении оптическим излучением в окне прозрачности биологических тканей (ближнем ИК диапазоне, 650-900 нм), и применимыми в фототермической терапии (фотогипертермии, ФТТ) раковых опухолей. ФТТ и ФА визуализация являются новыми перспективными быстроразвивающимися методами терапии и диагностики онкологических заболеваний, которые активно выходят на уровень пилотных клинических испытаний на людях, где показывают свою высокую эффективность. Например, результаты первых клинических испытаний ФТТ на людях показали эффективность такой терапии в 94% при лечении рака простаты. Одним из основных преимуществ ФТТ с использованием НЧ - сенсибилизаторов фототермического воздействия является избирательность этого воздействия на опухолевые ткани, что достигается за счёт селективного накопления НЧ в опухоли и правильного расчёта дозы оптического излучения. Однако гетерогенность опухолевых тканей и значительные (более одного порядка величины) колебания количества накопленных в опухолях НЧ делают задачу определения локальной концентрации НЧ принципиально важной. Без этой информации невозможно правильно рассчитать дозу излучения, необходимую для уничтожения опухолевой ткани и одновременного сохранения здоровых тканей. При этом, в настоящее время в клинических испытаниях оценка уровня концентрации НЧ в опухоли при проведении ФТТ производится длительной и инвазивной процедурой взятия биопсии, что существенно замедляет, усложняет проведение ФТТ, а также не позволяет учитывать гетерогенности опухоли. Стоит также отметить, что сама ФТТ зачастую проводится под УЗ контролем, таким образом создаются все условия для осуществления ФА контроля уровня накопления НЧ в опухоли, что может значительно ускорить и упростить ФТТ процедуру, а также повысить её селективность. Совокупность этих фактов и определяют высокую научную и практическую значимость и актуальность разработки метода ФА оценки концентрации неорганических НЧ-сенсибилизаторов фототермического воздействия в биологических тканях. Научная новизна проекта заключается в разработке физических основ ФА оценки содержания в биологических тканях неорганических НЧ, в особенности новых лазерно-синтезированных наночастиц нитрида титана и мксенов (Ti2C3, Ti2N), обладающих рекордными коэффициентами фототермической конверсии в окне прозрачности биологических тканей. К настоящему моменту в научной литературе опубликованы работы, описывающие применимость методов ФА для визуализации аналогичных материалов в биологических тканях. Кроме того, также описаны некоторые подходы к оценке концентраций НЧ с использованием генерации ФА отклика на нескольких длинах волн (мультиспектральный подход), но при этом использование других физических свойств ФА отклика, которые могли бы помочь отделить сигнал НЧ от фонового ФА сигнала эндогенных (органических) хромофоров, остаётся весьма ограниченным. В частности, мало исследована как возможность использования частотных особенностей ФА отклика неорганических НЧ, чьи термомеханические свойства значительно отличаются от термомеханических свойств эндогенных хромофоров, так и возможности использования нелинейного ФА отклика для оценки концентрации НЧ в биологических тканях. Также отсутствуют работы по сравнению этих подходов (мультиспектральный, частотный, нелинейный) между собой. В ходе выполнения проекта будут изучены особенности (спектральные, частотные, нелинейные) ФА отклика неорганических НЧ-сенсибилизаторов фототермического воздействия, а также наиболее релевантных эндогенных (органических) хромофоров (эритроциты, меланин, липиды), и определены методы оценки концентраций НЧ по ФА отклику, применимые в ФТТ. Разработанные методы будут протестированы сначала на смесях НЧ с эндогенными хромофорами, а затем in vitro с использованием оптических фантомов. Реализация проекта позволит значительно продвинуться в разработке новых методов диагностики и лечения онкологических заболеваний в рамках стратегического направления по развитию высокотехнологичного здравоохранения, персонифицированной медицины и увеличению продолжительности жизни человека.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---