goslasmedЛазерная медицинаLaser Medicine2071-80042686-8644Skobelkin Centre for Laser Medicine - a branch of the Federal Clinical Center for High Medical Technologies, FMBA of Russia10.37895/2071-8004-2018-22-2-29-35goslasmed-411Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHESВоздействие фотодинамического и светокислородного эффектов на ультраструктуру различных популяций лейкоцитовEffects of photodynamic and light-oxygen action at the ultrastructure of various leucocyte populationsАлексеевЮ. В.AlekseevYu. V.

Москва.

ural377@mail.ruБархинаТ. Г.BarkhinaT. G.ИвановА. В.IvanovA. V.ДавыдовЕ. В.DavidovE. V.КовалевМ. И.KovalevM. I.КовалеваА. М.KovalevaA. M.ФГБУ «ГНЦ ЛМ им. О.К. Скобелкина ФМБА России».РоссияФГБНУ «НИИ морфологии человека».РоссияФГБУ «ГНЦ ЛМ им. О.К. Скобелкина ФМБА России»; ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России.РоссияВетеринарный центр «РосВет», ФГБОУ ВО МГУПП.РоссияФГАОУ ВО «Первый МГМУ им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский университет).РоссияГБУЗ «ГКБ ИМ. Д.Д. Плетнева ДЗМ».Россия2018070820182222935Copyright © Алексеев Ю.В., Бархина Т.Г., Иванов А.В., Давыдов Е.В., Ковалев М.И., Ковалева А.М., 20182018Алексеев Ю.В., Бархина Т.Г., Иванов А.В., Давыдов Е.В., Ковалев М.И., Ковалева А.М.Alekseev Y.V., Barkhina T.G., Ivanov A.V., Davidov E.V., Kovalev M.I., Kovaleva A.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://goslasmed.elpub.ru/jour/article/view/411

В основе фотодинамического и светокислородного эффектов в биосистемах лежит генерация молекулярного синглетного кислорода. Различия в их проявлении связаны, прежде всего, с локализацией генерируемого синглетного кислорода в микроструктуре биологических объектов. Особенности их проявления определяют различие в областях практического применения изучаемых эффектов. Цель работы. Выявление субмикроскопических различий в лейкоцитах при действии лазерного излучения в полосе поглощения кислорода и при ФДЭ. Материалы и методы. Из полученной венопункцией донорской крови по стандартной методике выделяли лимфо-лейкомассу, эпиквоты которой по 0,5 мл подвергали облучению в кварцевой кювете излучением лазера 1264 нм (светокислородный эффект – СКЭ). Вторую серию образцов облучали излучением 405 нм (полоса Соре) в присутствии фотосенсибилизатора (ФС) хлорина Е6 (фотодинамический эффект – ФДЭ). Использовались различные параметры облучения. Суспензию лейкоцитов подготавливали для микроскопии по стандартной методике для клеток крови. Полутонкие срезы просматривали под световым бинокулярным микроскопом DLMB с цифровой камерой и анализатором изображения фирмы Leica. Ультратонкие срезы просматривали в трансмиссионном электронном микроскопе Libra 120 фирмы Karl Zeiss. Результаты. При большом увеличении (600–1000) микроскопа можно констатировать, что при разных режимах эксперимента наблюдаются морфологические изменения и гранулоцитов и агранулоцитов. При лазерном воздействии 1264 нм с максимальной экспозиционной дозой облучения (90 Дж/см2) наблюдаются изменения в моноцитах и лимфоцитах, заключающиеся в частичной отслойке плазмалеммы или ее отстраненность от основной цитоплазмы. В гранулоцитах имеются участки цитоплазмы, лишенные органелл, что свидетельствует о воздействии именно на перераспределение ядер и остальных компонентов цитоплазмы гранулоцитов. С уменьшением дозы облучения в образцах изменений наблюдается значительно меньше, что свидетельствует об их дозовой зависимости. При облучении в полосе Соре с ФС и экспозиционной дозой облучения (100 Дж/см2) наблюдаются изменения, которые характеризуются в гранулоцитах везикуляцией цитоплазмы, а в агранулоцитах клетки имеют больший объем, что свидетельствует о повреждении клеточной мембраны и начале осмотического набухания. Заключение. Данные при электронномикроскопическом исследовании в различных клеточных популяциях свидетельствуют о разных изменениях ядерно-цитоплазматических взаимоотношений при различных параметрах облучения. Эти различия обуславливают преимущественные области практического использования СКЭ и ФДЭ, что является предпосылкой для продолжения исследований в данном направлении.

Photodynamic and light-oxygen effects in biosystems are caused by molecular singlet oxygen production. The difference in their manifestations is associated, fi rst of all, with the place where singlet oxygen is generated in the microstructure of biological objects. Peculiarities of their effects determine area of their application. Objective. To fi nd out submicroscopic differences in leukocytes which are treated by laser light in the oxygen absorption band and under photodynamic effect (PDE). Materials and methods. Lympho-leuko mass was extracted from donor blood taken at a venipuncture using the standard procedure. Its 0.5 ml epiquots were irradiated in a quartz cuvette with 1 264 nm laser radiation (light-oxygen effect – LOE). The second series of samples was irradiated with 405 nm radiation (Soret band) in the presence of chlorine E6 photosensitizer (photodynamic effect – PDE). Various irradiation parameters were used. Leukocyte suspension was prepared for microscopy by the standard technique for blood cells. Semi-thin slices were examined with DLMB light binocular microscope having a digital camera and image analyzer made by the Leica fi rm. Ultra-thin sections were examined by transmission electron microscope Libra 120 (Karl Zeiss fi rm). Results. In large magnifi cation (600–1000) of the microscope, morphological changes in both granulocytes and agranulocytes were observed under different experimental regimes. When laser exposure is 1 264 nm and maximal exposure dosage – 90 J/cm2, changes in monocytes and lymphocytes look like a partial detachment of plasmalemma or its detachment from the main cytoplasm. In granulocytes, there are cytoplasma areas having no organelles what indicates that the impact was right at the redistribution of nuclei and other components of granulocyte cytoplasm. With irradiation dosage decreasing, changes in samples become less; it shows their dose-dependent character. If irradiation takes place in the Soret band with photosensitizer and exposure dose 100 J/cm2, changes observed in granulocytes show cytoplasmic vesiculation, while agranulocytes cells have a larger volume what indicates injuries to cell membranes and the onset of osmotic swelling. Conclusion. The data obtained in different cell populations under electron microscopy examination indicate different changes in nuclear-cytoplasmic relationships under different irradiation parameters. These differences predetermine more precise points for better practical application of LOE and PDE effects. At the same time, the obtained data can be prerequisite for future researches in this direction.

фотодинамический эффектсветокислородный эффектнизкоэнергетическое лазерное излучениесинглетный кислородэлектронная микроскопияклетки кровиphotodynamic effectlight-oxygen effectlow-level laser radiationsinglet oxygenelectron microscopyblood cellsReferencesАмбарцумян Р.В., Елисеев П.Г., Еремеев Б.В. и др. Биологическое действие лазерного излучения на эритроциты в инфракрасной полосе поглощения молекулярного кислорода // Краткие сообщения по физике. – 1987. – № 10. – С. 35–37.Амбарцумян Р.В., Елисеев П.Г., Еремеев Б.В. и др. Биологическое действие лазерного излучения на эритроциты в инфракрасной полосе поглощения молекулярного кислорода // Краткие сообщения по физике. – 1987. – № 10. – С. 35–37.Алексеев Ю.В., Захаров С.Д., Иванов А.В. Фотодинамический и светокислородный эффекты: общность и различия // Лазерная медицина. – 2012. – № 16 (4). – С. 4–9.Алексеев Ю.В., Захаров С.Д., Иванов А.В. Фотодинамический и светокислородный эффекты: общность и различия // Лазерная медицина. – 2012. – № 16 (4). – С. 4–9.Букин Г.В., Вольф Е.Б., Данилов В.П. и др. Структурные переходы межклеточного раствора, вызванные прямой фотогенерацией синглетного кислорода в суспензии эритроцитов // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 1991. – № 1. – С. 18–24.Букин Г.В., Вольф Е.Б., Данилов В.П. и др. Структурные переходы межклеточного раствора, вызванные прямой фотогенерацией синглетного кислорода в суспензии эритроцитов // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 1991. – № 1. – С. 18–24.Данилов В.П., Захаров С.Д., Иванов А.В. и др. Фотодинамическое повреждение клеток в красной и ИК полосах поглощения эндогенного кислорода // Доклады АН СССР. – 1990. – Т. 311. – № 5. – С. 1255–1258.Данилов В.П., Захаров С.Д., Иванов А.В. и др. Фотодинамическое повреждение клеток в красной и ИК полосах поглощения эндогенного кислорода // Доклады АН СССР. – 1990. – Т. 311. – № 5. – С. 1255–1258.Данилов В.П., Захаров С.Д., Иванов А.В. и др. Спектральноселективный фотодинамический эффект без экзогенных фотосенсибилизаторов и его возможные применения для фототерапии рака и биостимуляции // Известия АН СССР, серия Физика. – 1990. – № 8. – С. 1610–1620.Данилов В.П., Захаров С.Д., Иванов А.В. и др. Спектральноселективный фотодинамический эффект без экзогенных фотосенсибилизаторов и его возможные применения для фототерапии рака и биостимуляции // Известия АН СССР, серия Физика. – 1990. – № 8. – С. 1610–1620.Демина О.М., Картелищев А.В. Динамика показателей клеточного, гуморального иммунитета и клеточных факторов роста у больных вульгарными угрями при фотодинамической терапии // Лазерная медицина. – 2011. – № 15 (4). – С. 12–17.Демина О.М., Картелищев А.В. Динамика показателей клеточного, гуморального иммунитета и клеточных факторов роста у больных вульгарными угрями при фотодинамической терапии // Лазерная медицина. – 2011. – № 15 (4). – С. 12–17.Захаров С.Д., Еремеев Б.В., Перов С.Н. Cравнение эффектов лазерного воздействия на длинах волн 1,26 и 0,63 мкм на эритроциты // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 1989. – № 1. – С. 15–16.Захаров С.Д., Еремеев Б.В., Перов С.Н. Cравнение эффектов лазерного воздействия на длинах волн 1,26 и 0,63 мкм на эритроциты // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 1989. – № 1. – С. 15–16.Захаров С.Д., Иванов А.В. Светокислородный эффект в клетках и перспективы его применения в терапии опухолей // Квантовая электроника. – 1999. – Т. 29. – № 3. – С. 192–214.Захаров С.Д., Иванов А.В. Светокислородный эффект в клетках и перспективы его применения в терапии опухолей // Квантовая электроника. – 1999. – Т. 29. – № 3. – С. 192–214.Захаров С.Д., Иванов А.В., Вольф Е.Б. и др. Структурные перестройки в водной фазе клеточных суспензий и белковых растворов при светокислородном эффекте // Квантовая электроника. – 2003. – Т. 33. – С. 149–162.Захаров С.Д., Иванов А.В., Вольф Е.Б. и др. Структурные перестройки в водной фазе клеточных суспензий и белковых растворов при светокислородном эффекте // Квантовая электроника. – 2003. – Т. 33. – С. 149–162.Захаров С.Д., Иванов А.В., Корочкин И.М., Данилов В.П. Прямое возбуждение фотонами эндогенного молекулярного кислорода – фотофизический акт терапевтического действия лазерного излучения // Лазерная медицина. – 2006. – Т. 10. – Вып. 1. – С. 4–9.Захаров С.Д., Иванов А.В., Корочкин И.М., Данилов В.П. Прямое возбуждение фотонами эндогенного молекулярного кислорода – фотофизический акт терапевтического действия лазерного излучения // Лазерная медицина. – 2006. – Т. 10. – Вып. 1. – С. 4–9.Лихачева Е.В., Алексеев Ю.В., Мазур Е.М., Пономарев Г.В. Изучение эффективности сочетанного применения лекарственных композиций фотосенсибилизаторов с антибактериальными, антигистаминными и заживляющими препаратами при разных формах хронических ринитов и риносинусопатий // Лазерная медицина. – 2011. – № 15 (2). – С. 66–67.Лихачева Е.В., Алексеев Ю.В., Мазур Е.М., Пономарев Г.В. Изучение эффективности сочетанного применения лекарственных композиций фотосенсибилизаторов с антибактериальными, антигистаминными и заживляющими препаратами при разных формах хронических ринитов и риносинусопатий // Лазерная медицина. – 2011. – № 15 (2). – С. 66–67.Немцев И.З., Захаров С.Д., Лапшин В.П. и др. Обоснование применения гелий-неонового лазера в медицинской реабилитации больных с атрофиями // Авиакосмическая и экологическая медицина. – 1992. – Т. 26. – № 2. – С. 57–62.Немцев И.З., Захаров С.Д., Лапшин В.П. и др. Обоснование применения гелий-неонового лазера в медицинской реабилитации больных с атрофиями // Авиакосмическая и экологическая медицина. – 1992. – Т. 26. – № 2. – С. 57–62.Николаева Е.В. Низкоинтенсивное лазерное и некогерентное излучение в лечении стрептостафилодермий и псориаза. Дис. … канд. мед. наук. – М., 2009. – C. 51–52.Николаева Е.В. Низкоинтенсивное лазерное и некогерентное излучение в лечении стрептостафилодермий и псориаза. Дис. … канд. мед. наук. – М., 2009. – C. 51–52.Странадко Е.Ф., Рябов М.В., Фурлатова Н.М. и др. Исследование антибактериальной активности фотодинамической терапии с новым фотосенсибилизатором хлоринового ряда в эксперименте in vitro // Лазерная медицина. – 2002. – № 6 (1). – С. 44–47.Странадко Е.Ф., Рябов М.В., Фурлатова Н.М. и др. Исследование антибактериальной активности фотодинамической терапии с новым фотосенсибилизатором хлоринового ряда в эксперименте in vitro // Лазерная медицина. – 2002. – № 6 (1). – С. 44–47.Странадко Е.Ф., Иванов А.В. Современное состояние проблемы фотодинамической терапии рака и неопухолевых заболеваний // Биофизика. – 2004. – Т. 49. – № 2. – С. 380–383.Странадко Е.Ф., Иванов А.В. Современное состояние проблемы фотодинамической терапии рака и неопухолевых заболеваний // Биофизика. – 2004. – Т. 49. – № 2. – С. 380–383.Фиалкина С.В., Алексеев Ю.В., Коновалова Г.Н. и др. Подавление жизнеспособности клеток стафилококков лазерным лучом 1270 нм // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. – 2012. – № 5. – С. 70–73.Фиалкина С.В., Алексеев Ю.В., Коновалова Г.Н. и др. Подавление жизнеспособности клеток стафилококков лазерным лучом 1270 нм // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. – 2012. – № 5. – С. 70–73.Фиалкина С.В., Бондаренко В.М., Алексеев Ю.В., Армичев А.В. Подавляющее действие лазерного облучения длиной волны 1270 нм на репликацию вирионов бактериофага // Лазерная медицина. – 2011. – № 15 (2). – С. 113.Фиалкина С.В., Бондаренко В.М., Алексеев Ю.В., Армичев А.В. Подавляющее действие лазерного облучения длиной волны 1270 нм на репликацию вирионов бактериофага // Лазерная медицина. – 2011. – № 15 (2). – С. 113.Цыб А.Ф., Каплан М.А., Романко Ю.С. и др. Фотодинамическая терапия. – М.: Изд. МИА, 2009. – 212 с.Цыб А.Ф., Каплан М.А., Романко Ю.С. и др. Фотодинамическая терапия. – М.: Изд. МИА, 2009. – 212 с.Armichev A.V., Ivanov A.V., Panasenko N.A. et al. Spectral Dependence of Erytrocyte Response of Low-Intensity Irradiation at 570–590 nm // Journal of Russian Laser Research. – 1995. – Vol. 16. – P. 186–188.Armichev A.V., Ivanov A.V., Panasenko N.A. et al. Spectral Dependence of Erytrocyte Response of Low-Intensity Irradiation at 570–590 nm // Journal of Russian Laser Research. – 1995. – Vol. 16. – P. 186–188.Babenko E.V., Eremeev B.V., Kapustina G.M. et al. Copper-vapor laser application for the identifi cation of primary photoreceptor by low level laser therapy of patients // J. Russian Laser Research. – 1995. – Vol. 16. – P. 181–185.Babenko E.V., Eremeev B.V., Kapustina G.M. et al. Copper-vapor laser application for the identifi cation of primary photoreceptor by low level laser therapy of patients // J. Russian Laser Research. – 1995. – Vol. 16. – P. 181–185.Brown S.B., Brown E.A., Walker I. The present and future role of photodynamic therapy in cancer treatment // Lancet. Oncol. – 2004. – Vol. 5. – P. 497–508.Brown S.B., Brown E.A., Walker I. The present and future role of photodynamic therapy in cancer treatment // Lancet. Oncol. – 2004. – Vol. 5. – P. 497–508.Dougherty T.J., Gomer C.J., Henderson W. et al. Photodynamic Therapy // J. Nat. Cancer Inst. – 1998. – Vol. 90. – P. 889–905.Dougherty T.J., Gomer C.J., Henderson W. et al. Photodynamic Therapy // J. Nat. Cancer Inst. – 1998. – Vol. 90. – P. 889–905.Ivanov A.V., Zakharov S.D., Mashalov A.A. The light-oxygen effect as the analogue of photodynamic effect and its possibility in tumor therapy // In Current Research on Laser Use in Oncology: 2000–2004, edited by Andrei V. Ivanov, Mishik A. Kazaryan, Proc. SPIE. – 2005. – Vol. 5973, 59730U 1–13.Ivanov A.V., Zakharov S.D., Mashalov A.A. The light-oxygen effect as the analogue of photodynamic effect and its possibility in tumor therapy // In Current Research on Laser Use in Oncology: 2000–2004, edited by Andrei V. Ivanov, Mishik A. Kazaryan, Proc. SPIE. – 2005. – Vol. 5973, 59730U 1–13.Levy J.G. Photodynamic Therapy // Trends in Biotechnology. – 1995. – Vol. 13. – № 1 (132). – P. 14–18.Levy J.G. Photodynamic Therapy // Trends in Biotechnology. – 1995. – Vol. 13. – № 1 (132). – P. 14–18.Zakharov S.D., Ivanov A.V. Light-Oxygen Effect as a Physical Mechanism for Activatio of Biosystems by Quasi-Monochromatic Light (A Review) // Biophysics. – 2005. – Vol. 50. – Suppl. 1. – P. S64–S85.Zakharov S.D., Ivanov A.V. Light-Oxygen Effect as a Physical Mechanism for Activatio of Biosystems by Quasi-Monochromatic Light (A Review) // Biophysics. – 2005. – Vol. 50. – Suppl. 1. – P. S64–S85.Zakharov S.D., Ivanov А.V. Changes in the aqueous phase of cell suspensions and protein solutions induced by a photoexcitation of the molecular oxygen (to mechanisms of biological action of low level laser radiation), In Current Research on Laser Use in Oncology: 2000–2004, edited by Andrei V. Ivanov, Mishik A. Kazaryan. Proc. SPIE. – 2005. – Vol. 5973, 5973OV 1-14.Zakharov S.D., Ivanov А.V. Changes in the aqueous phase of cell suspensions and protein solutions induced by a photoexcitation of the molecular oxygen (to mechanisms of biological action of low level laser radiation), In Current Research on Laser Use in Oncology: 2000–2004, edited by Andrei V. Ivanov, Mishik A. Kazaryan. Proc. SPIE. – 2005. – Vol. 5973, 5973OV 1-14.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.