Онлайн доклады

Онлайн доклады

Клинические случаи в офтальмологии

Клинические случаи в офтальмологии

Впервые выявленная глаукома: проблемы и возможности

Впервые выявленная глаукома: проблемы и возможности

Пироговский офтальмологический форум 2023

Пироговский офтальмологический форум 2023

Сателлитные симпозиумы в рамках Пироговского офтальмологического форума 2023

Сателлитные симпозиумы в рамках Пироговского офтальмологического форума 2023

Сателлитные симпозиумы в рамках III Всероссийской конференции с международным участием «Воспаление глаза 2023»

Сателлитные симпозиумы в рамках III Всероссийской конференции с международным участием «Воспаление глаза 2023»

Проблемные вопросы глаукомы: Искусственный интеллект в диагностике и мониторинге XII Международный симпозиум

Проблемные вопросы глаукомы: Искусственный интеллект в диагностике и мониторинге XII Международный симпозиум

Сателлитные симпозиумы в рамках 23-го Всероссийского научно-практического конгресса с  международным участием «Современные технологии  катарактальной, рефракционной и роговичной хирургии»

Сателлитные симпозиумы в рамках 23-го Всероссийского научно-практического конгресса с международным участием «Современные технологии катарактальной, рефракционной и роговичной хирургии»

NEW ERA Способы трансcклеральной фиксации ИОЛ

NEW ERA Способы трансcклеральной фиксации ИОЛ

Сателлитные симпозиумы в рамках XVI Российского общенационального офтальмологического форума

Сателлитные симпозиумы в рамках XVI Российского общенационального офтальмологического форума

Ромашка Фёдорова: 35 лет в движении. Всероссийская научно-практическая конференция

Ромашка Фёдорова: 35 лет в движении. Всероссийская научно-практическая конференция

Сателлитные симпозиумы в рамках Северо-Кавказского офтальмологического саммита

Сателлитные симпозиумы в рамках Северо-Кавказского офтальмологического саммита

NEW ERA Новые молекулы в лечении макулярной патологии

NEW ERA Новые молекулы в лечении макулярной патологии

Сателлитные симпозиумы в рамках XXIX Международного офтальмологического конгресса «Белые ночи»

Сателлитные симпозиумы в рамках XXIX Международного офтальмологического конгресса «Белые ночи»

Сателлитные симпозиумы в рамках Всероссийской научно-практической конференции с международным участием  «Лазерная интраокулярная и рефракционная хирургия»

Сателлитные симпозиумы в рамках Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Лазерная интраокулярная и рефракционная хирургия»

Лазерная интраокулярная и рефракционная хирургия Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Лазерная интраокулярная и рефракционная хирургия Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Сателлитные симпозиумы в рамках 20 Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии»

Сателлитные симпозиумы в рамках 20 Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии»

NEW ERA Особенности имплантации мультифокальных ИОЛ

NEW ERA Особенности имплантации мультифокальных ИОЛ

XXX Научно-практическая конференция офтальмологов  Екатеринбургского центра МНТК «Микрохирургия глаза»

XXX Научно-практическая конференция офтальмологов Екатеринбургского центра МНТК «Микрохирургия глаза»

Прогрессивные технологии микрохирургии глаза в реальной клинической практике. Научно-практическая конференция

Прогрессивные технологии микрохирургии глаза в реальной клинической практике. Научно-практическая конференция

Пироговский офтальмологический форум

Пироговский офтальмологический форум

Глаукома. Избранные вопросы патогенеза, профилактики, диагностики, лечения. Всероссийская офтальмологическая конференция

Глаукома. Избранные вопросы патогенеза, профилактики, диагностики, лечения. Всероссийская офтальмологическая конференция

Терапия глаукомы. Практический подход и поиск решений в дискуссии

Терапия глаукомы. Практический подход и поиск решений в дискуссии

NEW ERA Хирургическое лечение глаукомы: НГСЭ

NEW ERA Хирургическое лечение глаукомы: НГСЭ

Сателлитные симпозиумы в рамках 22-го Всероссийского научно-практического конгресса «Современные технологии катарактальной, рефракционной и роговичной хирургии»

Сателлитные симпозиумы в рамках 22-го Всероссийского научно-практического конгресса «Современные технологии катарактальной, рефракционной и роговичной хирургии»

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ - 2022

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ - 2022

Современные достижения лазерной офтальмохирургии Всероссийский научный симпозиум

Современные достижения лазерной офтальмохирургии Всероссийский научный симпозиум

Юбилейная X научно-практическая конференция, посвященная 35-летию Чебоксарского филиала ФГАУ «НМИЦ «МНТК «Микрохирургия глаза» имени академика С.Н. Федорова»

Юбилейная X научно-практическая конференция, посвященная 35-летию Чебоксарского филиала ФГАУ «НМИЦ «МНТК «Микрохирургия глаза» имени академика С.Н. Федорова»

NEW ERA Хирургия осложнённой катаракты

NEW ERA Хирургия осложнённой катаракты

NEW ERA Оптическая когерентная томография. Критерии активности макулярной неоваскуляризации

NEW ERA Оптическая когерентная томография. Критерии активности макулярной неоваскуляризации

NEW ERA Особенности лечения отслойки сетчатки

NEW ERA Особенности лечения отслойки сетчатки

Шовная фиксация ИОЛ

Мастер класс

Шовная фиксация ИОЛ

Сателлитные симпозиумы в рамках I Дальневосточного офтальмологического саммита

Сателлитные симпозиумы в рамках I Дальневосточного офтальмологического саммита

Рефракционная хирургия хрусталика. Точно в цель. Научно-практический семинар

Рефракционная хирургия хрусталика. Точно в цель. Научно-практический семинар

Восток - Запад 2022 Международная конференция по офтальмологии

Восток - Запад 2022 Международная конференция по офтальмологии

Целевые уровни ВГД в терапии глаукомы

Вебинар

Целевые уровни ВГД в терапии глаукомы

Сателлитные симпозиумы в рамках научной конференции «Невские горизонты - 2022»

Сателлитные симпозиумы в рамках научной конференции «Невские горизонты - 2022»

Новые технологии в офтальмологии 2022

Новые технологии в офтальмологии 2022

ОКТ: новые горизонты

Сателлитный симпозиум

ОКТ: новые горизонты

Превентивная интрасклеральная фланцевая фиксация ИОЛ при подвывихе хрусталика

Вебинар

Превентивная интрасклеральная фланцевая фиксация ИОЛ при подвывихе хрусталика

Лечение глаукомы: инновационный вектор - 2022. III Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Конференция

Лечение глаукомы: инновационный вектор - 2022. III Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Вебинар компании «Rayner»

Вебинар компании «Rayner»

Цикл онлайн дискуссий компании «Акрихин» «О глаукоме и ВМД в прямом эфире»

Цикл онлайн дискуссий компании «Акрихин» «О глаукоме и ВМД в прямом эфире»

Алгоритм ведения пациентов с астенопией после кераторефракционных операций

Вебинар

Алгоритм ведения пациентов с астенопией после кераторефракционных операций

Cовременные технологии диагностики патологий заднего отдела глаза

Сателлитный симпозиум

Cовременные технологии диагностики патологий заднего отдела глаза

Вебинары компании  «Акрихин»

Вебинары компании «Акрихин»

Снижение концентрации «Бримонидина», как новое решение в терапии у пациентов с глаукомой

Вебинар

Снижение концентрации «Бримонидина», как новое решение в терапии у пациентов с глаукомой

Лазерная интраокулярная и рефракционная хирургия Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Конференция

Лазерная интраокулярная и рефракционная хирургия Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Актуальные вопросы офтальмологии: в фокусе – роговица

Вебинар

Актуальные вопросы офтальмологии: в фокусе – роговица

XIX Конгресс Российского глаукомного общества  «19+ Друзей Президента»

XIX Конгресс Российского глаукомного общества «19+ Друзей Президента»

Пироговский офтальмологический форум

Пироговский офтальмологический форум

Кератиты, язвы роговицы

Вебинар

Кератиты, язвы роговицы

Актуальные вопросы офтальмологии

Вебинар

Актуальные вопросы офтальмологии

Всероссийский консилиум. Периоперационное ведение пациентов с глаукомой

Сателлитный симпозиум

Всероссийский консилиум. Периоперационное ведение пациентов с глаукомой

Трансплантация роговично-протезного комплекса у пациента с васкуляризированным бельмом роговицы

Трансплантация роговично-протезного комплекса у пациента с васкуляризированным бельмом роговицы

Новые технологии в офтальмологии. Посвящена 100-летию образования Татарской АССР

Конференция

Новые технологии в офтальмологии. Посвящена 100-летию образования Татарской АССР

Особенности нарушения рефракции в детском возрасте Межрегиональная научно-практическая конференция

Конференция

Особенности нарушения рефракции в детском возрасте Межрегиональная научно-практическая конференция

Клинические случаи в офтальмологии

Клинические случаи в офтальмологии

Онлайн доклады

Онлайн доклады

Впервые выявленная глаукома: проблемы и возможности

Впервые выявленная глаукома: проблемы и возможности

Сателлитные симпозиумы в рамках Пироговского офтальмологического форума 2023

Сателлитные симпозиумы в рамках Пироговского офтальмологического форума 2023

Пироговский офтальмологический форум 2023

Пироговский офтальмологический форум 2023

Сателлитные симпозиумы в рамках III Всероссийской конференции с международным участием «Воспаление глаза 2023»

Сателлитные симпозиумы в рамках III Всероссийской конференции с международным участием «Воспаление глаза 2023»

Проблемные вопросы глаукомы: Искусственный интеллект в диагностике и мониторинге XII Международный симпозиум

Проблемные вопросы глаукомы: Искусственный интеллект в диагностике и мониторинге XII Международный симпозиум

Сателлитные симпозиумы в рамках 23-го Всероссийского научно-практического конгресса с  международным участием «Современные технологии  катарактальной, рефракционной и роговичной хирургии»

Сателлитные симпозиумы в рамках 23-го Всероссийского научно-практического конгресса с международным участием «Современные технологии катарактальной, рефракционной и роговичной хирургии»

NEW ERA Способы трансcклеральной фиксации ИОЛ

NEW ERA Способы трансcклеральной фиксации ИОЛ

Сателлитные симпозиумы в рамках XVI Российского общенационального офтальмологического форума

Сателлитные симпозиумы в рамках XVI Российского общенационального офтальмологического форума

Ромашка Фёдорова: 35 лет в движении. Всероссийская научно-практическая конференция

Ромашка Фёдорова: 35 лет в движении. Всероссийская научно-практическая конференция

Сателлитные симпозиумы в рамках Северо-Кавказского офтальмологического саммита

Сателлитные симпозиумы в рамках Северо-Кавказского офтальмологического саммита

NEW ERA Новые молекулы в лечении макулярной патологии

NEW ERA Новые молекулы в лечении макулярной патологии

Сателлитные симпозиумы в рамках XXIX Международного офтальмологического конгресса «Белые ночи»

Сателлитные симпозиумы в рамках XXIX Международного офтальмологического конгресса «Белые ночи»

Сателлитные симпозиумы в рамках Всероссийской научно-практической конференции с международным участием  «Лазерная интраокулярная и рефракционная хирургия»

Сателлитные симпозиумы в рамках Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Лазерная интраокулярная и рефракционная хирургия»

Все видео...
 Реферат RUS  Реферат ENG  Литература  Полный текст
УДК:

617.7

DOI: 10.25276/0235-4160-2024-1-86-93

Перспективы использования наночастиц (квантовых точек) в офтальмологии




    Актуальность

    В последние годы активно исследуется возможность потенциального применения искусственных флуорофоров, в частности квантовых точек (КТ), в различных областях науки и техники. Медицинская отрасль знания, в частности офтальмология, не является исключением.

    В случаях использования неорганических нанометровых объектов (1–100 нм), способных вести себя в физической среде как самостоятельные функциональные единицы, сопоставимые по размерам с внутриклеточными структурами, оказывающими диагностические и терапевтические эффекты на макроорганизм, принято говорить о «наномедицине» [1]. КТ как потенциальные представители «наномедицины» представляют собой наноразмерные (2–10 нм) кристаллы сферической или эллиптической формы, в виде наностержней и нанооболочек, а также в виде структур типа «нанориса», «нанозвезд» или «наноклеток» [2].

    Пространственное ограничение движения носителей заряда в КТ приводит к квантово-размерному эффекту, выражающемуся в дискретной структуре электронных уровней.

    Полупроводниковые КТ обычно синтезируют из элементов групп II–VI или III–V периодической таблицы, например CdSe, CdTe, InAs. Для повышения эффективности флуоресценции применяют структуру типа ядро/ оболочка. Оболочка выполняется из другого полупроводника и имеет более широкую запрещенную зону, например CdS, ZnS. Введение оболочки (силанизация) значительно улучшает флуоресцентные свойства КТ и химическую устойчивость, обеспечивает возможность функционализации поверхности КТ для обеспечения коллоидной стабильности и биосовместимости, снижает токсичность КТ. Функционализация КТ определяет их биосовместимость и проводится, как правило, тиолированными молекулами полиэтиленгликоля, полиэтиленамином, олигонуклеотидами, иммуноглобулинами, пептидами, полисахаридами, липидами и т.д.

    При попадании на КТ фотонов света в них может возникать плазменный резонанс (ПР) за счет возбуждения на границе раздела сред локализованных поверхностных плазмон-поляритонов (ППП).

    Возникновение ППП связано с взаимодействием электромагнитного поля с плазмой свободных электронов в металле (полупроводнике) наночастицы (НЧ). Как правило, КТ покрывают полимерной оболочкой, которая может усиливать ПР. Оболочек может быть несколько, вследствие чего появляется несколько границ раздела сред, усиливающих ПР.

    Особенности физической морфологии (размер, состав, поверхностная модификация, концентрация, длины волн возбуждения и эмиссии) КТ определяют их универсальные оптические и оптикоэлектронные свойства, которые дифференцируют их потенциальное применение в офтальмологической практике.

    Цель

    Системный анализ отечественной и иностранной литературы, посвященной потенциальному применению КТ в офтальмологии, а также определение основных проблем в отношении реализации КТ в офтальмологической практике.

    Материал и методы

    Для выполнения обзора был произведен системный анализ научных публикаций отечественных и зарубежных авторов на ресурсах PubMed, Medline, eLibrary c 2008 до 2021 г., посвященных определению физико-химических параметров, а также практическому применению КТ.

    Результаты

    Особенности размера и силанизации КТ

    Девиация оптических и электронных свойств КТ напрямую зависит от их размера. Это свойство описывается термином «Стоксов сдвиг», который представляет собой разницу длин волн максимумов спектров поглощения и флуоресценции КТ. Это значит, что, когда КТ поглощает энергию, она переходит в возбужденное состояние, при этом существует несколько возможностей для ее возврата в основное состояние. Одним из них и является флуоресценция. Вследствие разных физических причин часть поглощенной энергии теряется в безызлучательных процессах, в результате чего испущенный фотон имеет меньшую энергию и, следовательно, бóльшую длину волны, чем поглощенный.

    Именно это явление используется в офтальмовизуализации, так как изменение размера КТ, соответственно, можно свести к флуоресценции в удобном для исследователя видимом или ближнем инфракрасном диапазонах. Часть исследований, проведенных для визуализации клеток роговицы и сетчатки, показали свое преимущество над существующими аналогами [3–6].

    Размер КТ может иметь существенное значение, особенно в офтальмологической практике. Чем меньший диаметр КТ используется, тем более высокой проникающей способностью в ткани глаза они обладают, например, 20 нм КТ с легкостью проникают через гематоэнцефалический барьер после внутривенного введения и обнаруживаются в хориоидее и тканях сетчатки. Это явление обусловлено мгновенным прохождением КТ через межклеточные контакты, а также легкостью поглощения посредством фагоцитоза [7–9]. Опыт применения КТ сверхмалых размеров ограничен – 3,28 нм.

    Наибольший из используемых КТ в диаметре не превышал 25 нм [4, 10].

    Существующая проблема фотодеградации КТ при воздействии на них источников возбуждения разных длин волн решается посредством использования различных оболочек. Известно, что оболочка из ZnS в составе КТ позволяет минимизировать риск токсического воздействия ядра КТ (например, состоящего из Cd), а также положительно влияет на прохождение биологических барьеров (в том числе гематоретинального), максимально увеличивая инертность КТ и минимизируя воздействие на окружающие ткани [11, 12].

    Функционализация и конъюгация КТ

    Вопросы функционализации (модификации) КТ представляют особый интерес в силу того, что именно функционализация определяет потенциальную область их использования. В качестве общих биологических требований (инертность и/или необходимость биологического взаимодействия) определяется присоединение классических функциональных групп, таких как полиэтиленгликоль, карбоксильная (COOH) или аминогруппа (NH2). Дополнительно модифицировать поверхность КТ можно посредством присоединения (конъюгации) генов, стволовых клеток, антагонистов рецепторов, биологически активных веществ, химических соединений и др. Получение таких модификаций КТ позволяет использовать их в прижизненной офтальмовизуализации интраокулярных структур (пути оттока внутриглазной жидкости, хориоидальной неоваскуляризции и др.) и, например, лечения инфекционных заболеваний с таргетной доставкой лекарственных препаратов [13–19].

    Концентрация/доза КТ

    Вопросы объема и концентрации КТ, вводимых в интраокулярные структуры, остается открытым в силу недостаточности данных в отношении полного комплекса терапевтических и токсических эффектов. Работы по местному использованию КТ в офтальмологии [10], а также в виде интравитреальных [20] и внутривенных инъекций [7] появились достаточно давно и демонстрируют благоприятную общую и местную переносимость.

    Работы по применению КТ в качестве средств для местной визуализации изменений слезной пленки описывают дозы в 0,5–1 мкл [10]. В среднем, 10 мкл КТ применялось для визуализации оттока внутриглазной жидкости из передней камеры [21]. Около 200 мкл КТ было использовано для визуализации структур стекловидного тела [20].

    Первый опыт безопасного использования КТ в качестве средств лечения пигментного ретинита описывает дозу в 0,2 мкл с положительным клиническим эффектом и отсутствием офтальмологических осложнений [22].

    Длины волн возбуждения КТ

    С точки зрения интенсивности свечения лучшие КТ – это имеющие наибольший квантовый выход и время флуоресценции. Преимущество КТ над другими флуорофорами состоит в их уникальных оптических свойствах: высокой фотостабильности и квантовом выходе, широком спектре частот поглощения, возможности перестройки узкого спектра частот эмиссии, чистоте возможных цветов свечения. Это позволяет проводить, например, сверхчувствительное детектирование, достигающее уровня единичных молекул. Органические красители, в свою очередь, обладают рядом таких недостатков, как: менее стабильная флуоресценция, отсутствие возможности перестройки спектров эмиссии, невысокая проникающая способность в ткани глаза [23–27].

    Применение КТ в офтальмологической практике

    Биологические маркеры и блокаторы процессов

    Исследования, посвященные улучшению свойств визуализации посредством применения КТ, активно проводятся на лабораторных животных. Проводилась попытка визуализации кровеносных сосудов, рецепторов антигенов и лимфатических узлов в одной тканевой популяции [28]. Активные исследования проводились в области обнаружения отдельных молекул, например определения уровня иммуноглобулина G в сетчатке крысы [5], а также в области субпопуляций эндотелиальных клеток-предшественников при лазер-индуцированной субретинальной неоваскулярной мембране [5]. Проведены работы по изучению транскрепционных пептидов, участвующих в функционировании лимбальных эпителиальных клеток человека и их выживаемости [3]. Вопросы визуализации нейронов сетчатки и ее нейроархитектоники аналогичным образом решались посредством использования КТ [29].

    Отдельного внимания заслуживают работы по визуализации лазер-индуцированного глиоза и витреоретинальной пролиферации у лабораторных животных посредством использования КТ [16]. КТ активно исследовались в области раннего обнаружения субретинальной неоваскуляризации, в случаях отрицательных флуоресцеиновых проб у подопытных животных [27]. КТ активно применялись в диагностике заболеваний роговицы и витреальной полости, исследования по дифференцировке поврежденных эпителиоцитов у крыс продемонстрировали высочайшее качество визуализации в работе, а также в области раннего выявления заболеваний центральных отделов сетчатки [14, 30, 31].

    Имеются работы по конъюгированию КТ с блокаторами рецептора ангиотензина-2 в эндотелии сосудов после внутривенной доставки, для снижения скорости прогрессирования диабетической ретинопатии у лабораторных животных, демонстрирующие впечатляющие результаты in vitro и in vivo [9].

    Аналогичным образом используются КТ в качестве конъюгатов с мусцимолом (блокатор гамма-аминомасляной кислоты) для воздействия на передачу нервного импульса в сетчатке в эксперименте. Работа демонстрирует возможность таргетной доставки лекарственных веществ непосредственно к нейроретине [15, 18].

    КТ как средство визуализации

    Известно, что оптическая система глаза изобильна оптически прозрачными структурами – слезная пленка, роговица, стекловидное тело. Исследования по визуализации стекловидного тела на свиных глазах посредством оптической стимуляции КТ стандартными осветителями дают превосходные анатомические данные [20].

    Водный и липидный слои слезной пленки также активно исследовались посредством КТ [10]. Одним из существенных преимуществ КТ является возможность их возбуждения посредством стандартных офтальмологических осветителей.

    Активное использование КТ в диагностике также позволило произвести исследования путей оттока внутриглазной жидкости у мышей посредством функционализации КТ латанопростом. Это также позволяет отследить пути эвакуации лекарственного препарата из структур глаза (трабекулярный и увеосклеральный пути) [32].

    Имеется ряд исследований по изучению дренажной анатомии лабораторных животных и людей с применением КТ. Более того, есть данные об отсутствии гистоморфологических изменений, вызванных прохождением КТ через структуры оттока внутриглазной жидкости [19, 21].

    КТ в качестве антиинфекционных агентов

    Инфекционные заболевания, вызываемые такими микроорганизмами, как бактерии, грибы, вирусы или паразиты, являются основной причиной смерти во всем мире. Более того, микроорганизмы с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) представляют особую угрозу в силу того, что современные антиинфекционные агенты не имеют механизмов их эрадикации.

    Наряду со стандартными методами борьбы с бактериями и вирусами на первый план выдвинулись и фотодинамические методы, хорошо зарекомендовавшие себя в лечении заболеваний кожи, эстетической медицине, лечении герпеса, рака кожи головы, шеи и др.

    Фотодинамическая терапия (ФДТ) основана на использовании НЧ и КТ как фотосенсибилизаторов с выделением активных форм кислорода (АФК) при антимикробном воздействии на пораженные клетки.

    Здесь особо важную роль играет вышеописанный выбор НЧ/КТ в части размеров, формы, функционализации, обеспечивающих их биосовместимость, нетоксичность, гидрофильность, химическую и физическую стабильность, высокий квантовый выход на основе FRETмеханизма в качестве доноров. Антивирусная и антибактериальная активность НЧ/КТ зависит от многих параметров, включая оптические свойства, характеристики фотовозбужденного состояния и поверхностные функции НЧ/КТ.

    С физической точки зрения фундаментальные процессы взаимодействия полупроводниковых КТ и белков основаны на электронно-дырочном замещении при переходе электронов в более высокое возбужденное энергетическое состояние и обратно (эффект «дефектной вакантной рекомбинации»), которое сопровождается изменением связей от валентных к проводимости и обратно при эмиссии излучения.

    В работах [33–37] описывается взаимодействие КТ с вирусами типа SARS-CoV-2, MERS-CoV, SARS-CoV1 в ультрафиолетовом (УФ), видимом и инфракрасном (ИК) участках спектра. КТ взаимодействуют с вирусами за счет сил Ван-дер-Ваальса, определяющих тепловые, электродинамические флуктуации, флуктуации физико-химических характеристик окружающей среды, влияющих на силы дисперсии. При этом наблюдается эффект увеличения локального поля на вирусе, обусловливающего разрушение или изменение его молекулярных групп на рецепторе. Токсичность КТ, например углеродных, нарушает фазу респирационного цикла за счет изменения уровня Са+ в митохондрии клетки.

    Функционализированные углеродные НЧ, полученные из мономеров бензоксазина (benzoxazine), эффективны против парвовируса свиньи, вируса денге, вируса Зика, японского энцефалопатического вируса [34].

    С точки зрения молекулярной биологии, НЧ (КТ) активируют выработку α-интерферона гена и сокращают репликацию вирусного генома, образованного одиночной цепочкой РНК, состоящей из 30 000 нуклеотидов.

    Положительный катионный заряд на поверхности КТ обусловливает вирусную агрегацию за счет электростатических сил и уменьшает вирусную инфекцию. КТ взаимодействуют с отрицательно заряженной РНК вируса с выработкой АФК внутри него. Важно время пересечения клеточного мембранного барьера, в том числе мембран протеинов РНК вируса. Во взаимодействии вируса и КТ играет важную роль S-протеин (Spike-протеин), схожий с энзимом AEC2 (angiotensin-converting enzyme 2), имеющимся в мембране клетки нижнего отдела респираторного тракта легких человека. Активируется выработка интерферон-стимулированных генов и α-интерферона. Разрушение вируса и микробных патогенов связано с образованием АФК, наличием специфической резонансной частоты взаимодействия КТ и вируса (FRETэффектом).

    Флуоресцентный наносенсор, образованный «сэндвич-структурой» из КТ CdTe и ДНК, продемонстрировал эффективное обнаружение специфической целевой комплементарной ДНК или РНК вируса SARS-CoV-2 с использованием FRET-эффекта [38]. Последовательность комплементарной ДНК (целевой ДНК) формируется на основе значительной части генома вируса SARS-CoV-2.

    Для ее дополнения синтезированы олигонуклеотиды нанозонда КТ-ДНК. Получены водорастворимые КТ CdTe путем замены тиогликолевой кислоты на поверхности КТ на «захватывающую» ДНК (тиолированную ДНК) с помощью метода обмена лигандов. При добавлении комплементарной (ДНК-мишени) и гасящей ДНК (ДНК, меченной BHQ-2) в биоконъюгат КТ-ДНК были сформированы «сэндвичи-гибриды». Результирующая сборка объединяет меченную BHQ-2 ДНК (в качестве акцептора) и КТ (в качестве донора), что приводит к тушению испускания флуоресценции донорных КТ через механизм FRET. Таким образом, разработан высокочувствительный, селективный и быстрый способ обнаружения комплементарной последовательности ДНК из определенной части генома вируса SARS-CoV-2 с чувствительностью обнаружения 2,52∙10–9 моль/л. В то же время остается проблема правильного выбора дозировки КТ в фармпрепарате (биоконъюгате).

    В более ранних работах исследовались свойства КТ, функционализированных спермидином, с выявлением высокой антиинфекционной активности in vitro в отношении Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и Salmonella enterica в моделях инфекционного кератита, в сравнении с чистым спермидином. Более того, признаки токсического повреждения структур глаза не были выявлены [13, 17].

    Бактериальные инфекции с МЛУ, особенно вызванные грамотрицательными бактериями, развиваются с угрожающей скоростью и выработали устойчивость почти ко всем доступным в настоящее время антибактериальным препаратам. Фотодинамическая инактивация (ФДИ), как и ФДТ в случае антивирусных мероприятий, показала большой потенциал в инактивации многих известных классов микроорганизмов, с основными преимуществами в части минимальной инвазивности, низкой вероятности возникновения побочных эффектов, а также пригодности для быстрого и повторяющегося применения. Лечение ФДИ с меньшей вероятностью вызывает развитие устойчивости со стороны болезнетворных микроорганизмов, так как оно основано на неспецифических окислительных повреждениях биомолекул (липидов, белков и нуклеиновых кислот) в клеточной мембране или внутри клеток АФК. Образование АФК при ФДИ происходит за счет возбуждения фотосенсибилизаторов безвредным светом соответствующей длины волны.

    К популярным фотосенсибилизаторам относятся молекулы красителя, такие как порфирины, фенотиазины, фталоцианины, бактериохлорины, и их различные производные. Наноразмерные материалы, в частности НЧ и КТ, зарекомендовали себя как альтернативные противомикробные агенты, которые служат не только в качестве носителей для улучшения селективной доставки и диспергирования фотосенсибилизаторов в клетках-мишенях, но также в качестве самих фотосенсибилизаторов для повышения эффективности ФДИ. В частности, для этих целей привлекательны углеродные НЧ, обладающие высокой светостойкостью, нетоксичностью, универсальностью в функциональности поверхности за счет пассивации для требуемой микробной адгезии при взаимодействии. Углеродные НЧ имеют широкий спектр поглощения в ближнем УФ-, видимом и ближнем ИК-диапазонах длин волн. Наблюдаемое флуоресцентное излучение объясняется излучательной рекомбинацией электронов и дырок по аналогии с полупроводниковыми КТ. Функционализация поверхности углеродных НЧ имеет определяющее значение в противомикробных мероприятиях.

    Результаты исследований показывают, что основные процессы, ответственные за противомикробные эффекты НЧ/КТ, связаны с генерацией АФК. Механизм воздействия на бактерии включает адгезию КТ к бактериальной поверхности, фотоиндуцированную выработку АФК, разрушение и проникновение КТ через бактериальную клеточную стенку/мембрану, индукцию окислительного стресса с повреждениями ДНК/РНК, что приводит к изменениям или ингибированию экспрессии важных генов и индукции окислительных повреждений белков и других внутриклеточных биомолекул. При освещении видимым/естественным светом КТ, контактирующие с бактериальной клеткой, могут эффективно генерировать АФК, активируя кислород в воздухе или воде, что приводит к образованию гидроксильных свободных радикалов и/или синглетного кислорода, которые могут разрушать некоторые из критических биомолекул в клетке и приводить к гибели клеток. АФК вызывают инактивацию внутриклеточного белка, перекисное окисление липидов, дисфункцию митохондрий и постепенный распад клеточной мембраны с последующим некрозом/ апоптозом и возможной гибелью клеток.

    В работе [38] приводятся результаты применения пенициллина в качестве прекурсора для КТ при гидротермальной карбонизации и температуре 120 °C. Для сравнения, КТ были также получены аналогичной обработкой другой смеси предшественников, не содержащей пенициллин, с последующим прикреплением пенициллина к поверхности КТ. Две версии КТ, которые обе должны содержать пенициллин, но, вероятно, имеют разную структуру, были оценены на предмет их антибактериальной активности в отношении S. aureus, E. coli (DH5α), мультирезистентной E. coli (MDR E. coli) и метициллин-резистентного золотистого стафилококка (MRSA). Положительные результаты, полученные в видимом свете, были связаны с сохранением пенициллина и/или генерированием АФК.

    В работе [39] исследована роль поверхностной функционализации КТ в их антибактериальной функции.

    Установлено, что поверхностный заряд углеродных НЧ играет критическую роль во взаимодействиях точек с бактериальными поверхностями, которые важны для требуемой эффективной антибактериальной активности. Толщина короноподобного пассивирующего слоя поверхности на отдельных КТ также может влиять на их антибактериальную эффективность. Углеродным НЧ свойственно эффективное фотоиндуцированное разделение зарядов для образования анион-радикалов и катионов (электронов и дырок). Поэтому их называют «углеродные квантовые точки». Показано, что с учетом отрицательно заряженных поверхностей бактериальных клеток поверхностные заряды на углеродных КТ (С-КТ) на поверхностном пассивирующем слое могут быть основным фактором, влияющим на взаимодействия между ними и бактериальными клетками. С другой стороны, поверхностный пассивирующий слой, образованный различными молекулами, также в значительной степени определяет физические, оптические и фотоиндуцированные свойства C-КТ, такие как толщина пассивирующего слоя, квантовый выход флуоресценции С-КТ и их фотоиндуцированные антибактериальные функции.

    Специально разработанные и синтезированные C-КТ, которые структурно похожи, но различаются по функционализации поверхности, в частности, включая С-КТ с небольшими молекулами пассивирования с разными концевыми группами/зарядами, C-КТ с пассивирующими полимерами с настраиваемым поверхностным зарядом в зависимости от квантового выхода флуоресценции и C-КТ с пассивирующими полимерами с разными молекулярными весами, оценены на предмет их активируемых видимым светом антибактериальных функций против лабораторных модельных бактерий Bacillus subtilis. Выделены и обсуждаются основные подходы к выбору и дальнейшему развитию технологий применения C-КТ как нового класса фотоактивированных эффективных антибактериальных агентов. C-КТ, допированные азотом (N), показали у крыс антибактериальное действие против S. aureus и MRSA и сопоставимы по эффективности с ванкомицином на ранах, инфицированных MRSA. Рассмотренный антибактериальный механизм является результатом усиленного взаимодействия между положительно заряженными C-КТ и отрицательно заряженной поверхностью бактериальной мембраны. В работе отмечено, что местное лечение суперкатионными C-КТ из спермидина (SPDS-КТ) оказалось эффективным ингибитором множества бактериальных штаммов (включая MRSA), демонстрируя более низкую минимальную ингибирующую концентрацию, чем, например, НЧ из серебра (AgNP). В результате своего суперкатионного свойства SPDS-КТ вызывали открытие плотных контактов в эпителии роговицы, увеличивая его проницаемость и, следовательно, биодоступность по всей роговице. Фактически эффективность SPDS-КТ была сравнима с коммерческой рецептурой глазных капель сульфаметоксазола в концентрации, в 10 раз превышающей имеющуюся на рынке. Сравнение эффективности SPDS-КТ с другими распространенными антибиотиками, такими как ципрофлоксацин и ванкомицин, дополнительно подтверждает терапевтический потенциал углеродных SPDS-КТ [40].

    Работы по исследованию антиинфекционных свойств КТ, а также потенциала их применения в офтальмологической практике активно ведутся в нашей стране. Полученные результаты демонстрируют широкий спектр их антиинфекционной активности, безопасность использования, а также высокий потенциал в лечении бактериальных кератитов и эндофтальмитов, вызванных грамположительной и грамотрицательной микрофлорой [41–44].

    Ряд работ, посвященных применению КТ в области лечения дрожжевых и плесневых микозов, демонстрирует перспективность развития данного направления в офтальмологии. В КТ типа ZnO в диапазоне от 0 до 200 мкг/мл подавляли рост практически 90% Candida, в сочетании с азоловыми и полиеновыми антимикотиками [45]. При этом добавление КТ значительно снижало необходимую дозу последних.

    Доставка лекарственных препаратов

    Выше было описано, что КТ обладают способностью проникать через различные барьеры в силу их миниатюрности. Данные свойства могут оказать существенное влияние на повышение эффективности таргетной терапии. Например, исследования по доставке золотых и кадмиевых НЧ к сетчатке, хориоидеи посредством внутривенного введения продемонстрировали свою безопасность, ареактивность и хорошую переносимость, более того, были проанализированы пути их эвакуации и выявлен преимущественный трансренальный путь [7, 9].

    Аналогичным образом разрабатываются предпосылки для применения НЧ в области доставки лекарств к конкретным структурам глаза, например к трабекулярной сети, для последующего лечения глаукомы [19].

    Электрическая стимуляция

    Известно, что нейродегенеративные и наследственные заболевания сетчатки приводят к развитию необратимой слепоты и слабовидения. Исследования, проведенные на моделях лабораторных животных, в ходе которых в витреальную полость вводились различные типы НЧ [31, 46], продемонстрировали увеличение выживаемости клеток сетчатки, улучшение когнитивных и ориентационных характеристик подопытных животных, а также показали улучшение электрической активности сетчатки в сочетании с отсутствием нежелательных токсических реакций.

    На сегодняшний день есть опыт интравитреального введения НЧ людям для стимуляции нейроэлектрической функции сетчатки при пигментном ретините, дающее перспективные надежды [22].

    Заключение

    Таким образом, на сегодняшний день НЧ, в частности КТ, с учетом особенностей разных параметров и физико-химических характеристик все прочнее закрепляются в различных областях науки и техники, в частности в офтальмологии. Уникальные физические, химические и биологические свойства КТ позволяют активно проводить исследования на лабораторных животных и в некоторых случаях на добровольцах.

    Области потенциального применения КТ в офтальмологии достаточно широки и ориентированы на визуализацию, доставку лекарственных препаратов, электрическую стимуляцию и антиинфекционную активность широкого спектра.

    Ограничения, существующие на сегодняшний день, связаны с фундаментальными исследованиями в области острой и хронической цитотоксичности, подборе безопасных доз и концентраций КТ, отработке механизмов их доставки, а также в исследовании механизмов химико-биологического взаимодействия со структурами зрительного анализатора при динамически изменяемых физических параметрах КТ (форма, размер, особенности функционализации и силанизации).

    Междисциплинарные взаимодействия столпов фундаментальной медицины, физики, биологии, химии и офтальмологии, в частности, вероятно, позволят в ближайшее пятилетие реализовать в клинической практике все фундаментальные принципы, заложенные в предыдущих исследованиях.

    

    Информация об авторах

    Вячеслав Олегович Пономарев, к.м.н., врач-офтальмохирург, ponomarev-mntk@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2353-9610

    Константин Андреевич Ткаченко, врач-офтальмолог, kostyatka1996@gmail.com, https://orcid.org/0000-0001-8593-9364

    Information about the authors

    Vyacheslav O. Ponomarev, PhD in Medicine, Ophthalmic Surgeon, ponomarev-mntk@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2353-9610

    Konstantin A. Tkachenko, Ophthalmologist, kostyatka1996@gmail. com, https://orcid.org/0000-0001-8593-9364

    Вклад авторов в работу:

    В.О. Пономарев: написание текста, редактирование, окончательное утверждение версии, подлежащей публикации.

    К.А. Ткаченко: сбор, анализ и обработка материала, редактирование.

    Authors contribution:

    V.O. Ponomarev: writing, editing, final approval of the version to be published.

    K.A. Tkachenko: collection, analysis and processing of material, editing.

    Финансирование: Авторы не получали конкретный грант на это исследование от какого-либо финансирующего агентства в государственном, коммерческом и некоммерческом секторах.

    Согласие пациента на публикацию: Письменного согласия на публикацию этого материала получено не было. Он не содержит никакой личной идентифицирующей информации.

    Конфликт интересов: Отсутствует.

    Funding: The authors have not declared a specific grant for this research from any funding agency in the public, commercial or not-for-profit sectors.

    Patient consent for publication: No written consent was obtained for the publication of this material. It does not contain any personally identifying information.

    Conflict of interest: Тhere is no conflict of interest.

    Поступила: 11.01.2024

    Переработана: 29.01.2024

    Принята к печати: 08.02.2024

    Originally received: 11.01.2024

    Final revision: 29.01.2024

    Accepted: 08.02.2024

    


Страница источника: 86

OAI-PMH ID: oai:eyepress.ru:article59856
Просмотров: 334



Офтальмохирургия

Офтальмохирургия

Новое в офтальмологии

Новое в офтальмологии

Мир офтальмологии

Мир офтальмологии

Российская офтальмология онлайн

Российская офтальмология онлайн

Российская детская офтальмология

Российская детская офтальмология

Современные технологии в офтальмологии

Современные технологии в офтальмологии

Точка зрения. Восток - Запад

Точка зрения. Восток - Запад

Новости глаукомы

Новости глаукомы

Отражение

Отражение

Клинические случаи в офтальмологии

Клинические случаи в офтальмологии
Bausch + Lomb
Reper
NorthStar
ЭТП
Rayner
Senju
Фармстандарт
Гельтек
santen
Акрихин
Ziemer
Tradomed
Екатеринбургский центр Микрохирургия глаза
МТ Техника
Nanoptika
R-optics
Фокус
sentiss
nidek
aseptica