Воздействие фотодинамического и светокислородного эффектов на ультраструктуру различных популяций лейкоцитов

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.

фотодинамический эффект, светокислородный эффект, низкоэнергетическое лазерное излучение, синглетный кислород, электронная микроскопия, клетки крови

1. 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.

2. Алексеев Ю.В., Захаров С.Д., Иванов А.В. Фотодинамический и светокислородный эффекты: общность и различия // Лазерная медицина. – 2012. – № 16 (4). – С. 4–9.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Николаева Е.В. Низкоинтенсивное лазерное и некогерентное излучение в лечении стрептостафилодермий и псориаза. Дис. … канд. мед. наук. – М., 2009. – C. 51–52.

14. 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.

15. Странадко Е.Ф., Иванов А.В. Современное состояние проблемы фотодинамической терапии рака и неопухолевых заболеваний // Биофизика. – 2004. – Т. 49. – № 2. – С. 380–383.

16. 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.

17. 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.

18. Цыб А.Ф., Каплан М.А., Романко Ю.С. и др. Фотодинамическая терапия. – М.: Изд. МИА, 2009. – 212 с.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. Dougherty T.J., Gomer C.J., Henderson W. et al. Photodynamic Therapy // J. Nat. Cancer Inst. – 1998. – Vol. 90. – P. 889–905.

23. 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.

24. Levy J.G. Photodynamic Therapy // Trends in Biotechnology. – 1995. – Vol. 13. – № 1 (132). – P. 14–18.

25. 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.

26. 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.