Оптимизация параметров фантома для диффузионной флуоресцентной томографии биотканей in vivo

  • Михаил Петрович Самцов НИУ «Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко» БГУ, ул. Курчатова, 7, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Сергеевич Тарасов НИУ «Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко» БГУ, ул. Курчатова, 7, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Александр Сергеевич Горященко Институт биохимии им. А. Н. Баха Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, пр. Ленинский, 3, 119071, г. Москва, Россия
  • Наталья Ивановна Казачкина Институт биохимии им. А. Н. Баха Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, пр. Ленинский, 3, 119071, г. Москва, Россия
  • Виктория Вячеславовна Жердева Институт биохимии им. А. Н. Баха Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, пр. Ленинский, 3, 119071, г. Москва, Россия
  • Александр Павлович Савицкий Институт биохимии им. А. Н. Баха Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, пр. Ленинский, 3, 119071, г. Москва, Россия
  • Ирина Геннадьевна Меерович Институт биохимии им. А. Н. Баха Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, пр. Ленинский, 3, 119071, г. Москва, Россия

Аннотация

Приведены результаты исследований по установлению условий, обеспечивающих корректную регистрацию с помощью диффузионного флуоресцентного томографа концентрации фотосенсибилизатора на основе нового индо трикарбоцианинового красителя в тканях in vivo. При концентрации красителя 4 мкмоль/л в 50 % сыворотке крови время жизни флуоресценции τf = 1,44 нс, в 5 % бычьем сывороточном альбумине τf = 1,41 нс, а кинетики затухания флуоресценции являются одноэкспоненциальными. Показано, что при концентрации красителя 40 мкмоль/л наряду с мономерами в растворе присутствуют нелюминесцирующие H-агрегаты, полоса поглощения которых перекрывается со спектром флуоресценции мономеров. Вследствие этого становится возможным процесс безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения от мономеров на нелюминесцирующие ассоциаты, что приводит к уменьшению времени жизни флуоресценции молекул до 1,18 нс. Установлено, что в качестве среды, обеспечивающей создание раствора для фантома, оптимальным является использование сыворотки крови при концентрации красителя, не превышающей 4 мкмоль/л.

Биографии авторов

Михаил Петрович Самцов, НИУ «Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко» БГУ, ул. Курчатова, 7, 220108, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, доцент; заведующий лабораторией спектроскопии

Дмитрий Сергеевич Тарасов, НИУ «Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко» БГУ, ул. Курчатова, 7, 220108, г. Минск, Беларусь

научный сотрудник лаборатории спектроскопии

Александр Сергеевич Горященко, Институт биохимии им. А. Н. Баха Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, пр. Ленинский, 3, 119071, г. Москва, Россия

кандидат химических наук; научный сотрудник лаборатории физической биохимии

Наталья Ивановна Казачкина, Институт биохимии им. А. Н. Баха Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, пр. Ленинский, 3, 119071, г. Москва, Россия

кандидат биологических наук; старший научный сотрудник лаборатории физической биохимии

Виктория Вячеславовна Жердева, Институт биохимии им. А. Н. Баха Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, пр. Ленинский, 3, 119071, г. Москва, Россия

кандидат биологических наук; старший научный сотрудник лаборатории физической биохимии

Александр Павлович Савицкий, Институт биохимии им. А. Н. Баха Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, пр. Ленинский, 3, 119071, г. Москва, Россия

доктор химических наук, профессор; заместитель директора, заведующий лабораторией физической биохимии

Ирина Геннадьевна Меерович, Институт биохимии им. А. Н. Баха Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, пр. Ленинский, 3, 119071, г. Москва, Россия

кандидат химических наук; научный сотрудник лаборатории физической биохимии

Литература

  1. Ntziachristos V. Fluorescence molecular imaging. Annual Rev. Biomed. Eng. 2006. Vol. 8. P. 1–33. DOI: 10.1146/annurev. bioeng.8.061505.095831.
  2. Turchin I. V., Kamensky V. A., Plehanov V. I., et al. Fluorescence diffuse tomography for detection of red fluorescent protein expressed tumors in small animals. J. Biomed. Opt. 2008. Vol. 13, No. 4. Article ID: 041310. DOI: 10.1117/1.2953528.
  3. Lugovski A. A., Samtsov M. P., Kaplevsky K. N., et al. Novel indotricarbocyanine dyes covalently bonded to polyethylene glycol for theranostics. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2016. Vol. 316. P. 31–36. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2015.10.008.
  4. Samtsov M. P., Rad’ko A. E., Kaplevsky K. N., et al. [Laser spectrometric complex for fluorescent diagnostics of tumor localization area]. Kvantovaya elektronika : materialy V Mezhdunar. nauchn.-tekhn. konf. (Minsk, 22–25 Novemb., 2004). Minsk, 2004. P. 20–24 (in Russ.).
  5. Tarasov D. S., Kaplevsky K. N., Samtsov M. P., et al. Analysis of spectral properties of multicomponent solutions of new indotricarbocyanine dye. Vestnik BGU. Ser. 1, Fiz. Mat. Inform. 2015. No. 2. P. 8–12 (in Russ.).
  6. Egorov V. V. Optical line shapes for polymethine dyes and their aggregates: novel theory of quantum transitions and its correlation with experiment. J. Lumin. 2011. Vol. 131, issue 3. P. 543–547. DOI: 10.1016/j.jlumin.2010.09.001.
  7. Egorov V. V. Nature of the narrow optical band in H*-aggregates: Dozy-chaos-exciton coupling. AIP Adv. 2014. Vol. 14, issue 7. P. 077111-1–077111-9. DOI: 10.1063/1.4889897.
  8. Ishchenko A. A. [The structure and spectral luminescent properties of the polymethine dyes]. Kiev : Naukova dumka, 1994 (in Russ.).
  9. Ermolaev V. L., Bodunov E. I., Sveshnikova E. B., et al. [Nonradiative electronic excitation energy transfer]. Leningrad : Nauka, 1977 (in Russ.).
Опубликован
2018-04-30
Ключевые слова: цианиновые красители, фотосенсибилизатор, флуоресцентная томография, время жизни флуоресценции, фантом
Поддерживающие организации Исследования выполнены при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Ф16Р-131), Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 1652-00206 Бел_а) и Министерства образования Республики Беларусь.
Как цитировать
Самцов, М. П., Тарасов, Д. С., Горященко, А. С., Казачкина, Н. И., Жердева, В. В., Савицкий, А. П., & Меерович, И. Г. (2018). Оптимизация параметров фантома для диффузионной флуоресцентной томографии биотканей in vivo. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 33-40. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/558
Выпуск
№ 1 (2018): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптика и спектроскопия

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).