СПОСОБ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ИЗМЕНЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КЛЕТОК С РАЗЛИЧНОЙ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ДЕЛЕНИЯ К ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2002 года по МПК G01N33/483 

Изобретение относится к медицине, а именно к методам изобретательного изменения чувствительности клеток с различной интенсивностью деления к лучистой энергии.

Увеличение чувствительности клеток к лучистой энергии осуществляется с помощью целого ряда химических и физических методов (1, 2). Для предупреждения или ослабления действия лучистой энергии на клетки используются фотодесенсибилизирующие препараты, радиопротекторы и применяется экранирование защищаемых тканей (3, 4).

Однако химические препараты влияют на биохимизм клеток и приводят к побочному действию. Экранирование тканей только защищает клетки от лучистой энергии и не влияет на их чувствительность к лучистой энергии.

Наиболее близким по технической сущности является способ повышения резистентности клеток к лучистой энергии и ее последействию путем воздействии на прилегающие к защищаемым клеткам живые ткани прерывистым излучением видимой области спектра до возникновения в них эффекта просветления среды (5).

Однако данный метод позволяет только повышать резистентность клеток к лучистой энергии и не дает возможность избирательно изменять чувствительность клеток с различной интенсивностью деления к лучистой энергии.

Поставлена задача: повышение эффективности и физиологичности способа за счет возможности избирательного изменения чувствительности клеток с различной интенсивностью деления к лучистой энергии.

Сущность изобретения: на структуры, содержащие клетки с различной интенсивностью деления, воздействуют 1-3 с с интервалом 1-3 с монохроматическим излучением видимой области спектра длиной волны и продолжительностью, при которых в клетках с большей интенсивностью деления достигается максимальная частота просветления, в результате чего их чувствительность к лучистой энергии повышается, а в клетках с меньшей интенсивностью деления при этом просветления не происходит, в результате чего их чувствительность к лучистой энергии снижается.

Решение задачи осуществляется следующим образом.

Образцы клеток из клеточной смеси, содержащей клетки с различной интенсивностью деления, подвергают воздействию прерывистого монохроматического излучения видимой области спектра основных диапазонов. Одновременно проводится измерение светопроводности данных клеточных сред. Воздействие излучением видимой области спектра указанных диапазонов осуществляется с помощью устройства и методом, разработанными нами (6, 7). Через тубус светового излучателя со светофильтрами на клеточные структуры в условиях in vivo проводится излучение видимой области спектра, получаемое от лампы накаливания мощностью 100-300 Вт. В течение 1-3 с на клеточные структуры воздействуют монохроматическим излучением с одновременным измерением их светопроводности. Затем воздействие прекращается на 1-3 с. Далее вновь осуществляется облучение клеточных структур с одновременным измерением их светопроводности. Проводимое таким образом прерывистое освещение клеточных структур осуществляется до регистрации в них максимальной частоты просветления во всех указанных диапазонах видимой области спектра. Затем на клеточную смесь, содержащую клетки с различной интенсивностью деления, воздействуют по вышеуказанной методике монохроматическим прерывистым излучением с длиной волны, при которой регистрировали максимальную частоту просветления клеток с большей интенсивностью деления и не регистрировали просветления клеток с меньшей интенсивностью деления. Данное воздействие осуществляется с продолжительностью, при которой регистрировали максимальную частоту просветления клеток с большей интенсивностью деления, в результате чего чувствительность данных клеток к лучистой энергии повышается, а чувствительность к лучистой энергии клеток с меньшей интенсивностью деления при этом снижается.

Пример конкретного примения
Мишенями для лучей видимой области спектра и гамма-лучей служили клетки со значительно различающейся интенсивностью деления бактериальные (Staphylococcus aureus) и грибковые (Saccharomyces cerevisiae).

Действие излучения видимой и гамма-областей спектра на изучаемые клетки оценивали по степени их инактивации - подавлению роста на твердой питательной среде. Применяли смеси (1:1) взвесей данных микроорганизмов в стерильном физиологическом растворе 1,0-1,5 млрд. м.т., нанесенные на агар Хоттингера в чашках Петри, содержащий 4% глюкозы. Количественная оценка инактивирующего действия используемого облучения осуществлялась по числу микроорганизмов, давших рост колоний, через 18-20 часов инкубации среды при температуре 37^oС и через 14 суток инкубации при температуре 28^oС.

Источником монохроматического излучения видимой области спектра (ВОС) служила лампа накаливания мощностью 100-300 Вт со светофильтрами. Облучаемая площадь составляла 15•10 см. Величину светопроводности клеток во взвесях оценивали по величине выходящего из взвесей потока излучения с помощью фотоэлемента, соединенного с гальванометром, при равной величине падающего на их поверхность потока излучения под одинаковым углом (6, 7). Воздействие на исследуемые клетки видимым излучением осуществляли в течение 1-3 с с интервалом 1-3 с. При этом учитывали число случаев увеличения лучепропускательной способности клеточных взвесей, а процентов отношение данных случаев к количеству световых воздействий составляло частоту просветления данных оптических сред. Для определения влияния излучения ВОС на чувствительность клеток к гамма-лучам, воздействию в ВОС подвергалась половина чашки Петри с питательной средой, на всей поверхности которой находилась смесь исследуемых клеток.

Источником гамма-излучения служил аппарат "Агат-1 Р". Расстояние до облучаемых объектов составляло 75 см, площадь облучения 20•20 см, время - 486 с (доза 8 Гр).

Учитывая то, что повышение лучепропускательной способности клеток, возникающее под воздействием видимого излучения, является по сути откликом клеточных структур на электромагнитное излучение, прежде всего была изучена частота просветления клеток стафилококков и сахаромицетов, а также здоровой кожи и плоскоклеточного рака кожного покрова (табл.1).

Из таблицы видно, что частота просветления исследуемых оптических сред в основных диапазонах ВОС существенно различалась. Так, данный оптический параметр клеток бактерий существенно превышал частоту просветления грибов; статистически достоверные отличия отмечались во всех диапазонах кроме крайней части длинноволнового диапазона ВОС, где частота просветления изучаемых клеток не различалась. Кроме того, из таблицы видно, что наибольшие отличия оцениваемого оптического показателя регистрировались в крайней части коротковолнового диапазона.

Как видно далее из таблицы, аналогично различалась частота просветления клеточных структур здоровой кожи и очагов спинолиомы. Так, в очагах опухолей, где отмечается более интенсивное деление клеток, регистрировали статистически достоверно большую частоту просветления, чем в здоровых тканях. Кроме того, указанные отличия регистрировали в большинстве диапазонов ВОС, но в наибольшей степени они были выражены в крайней части коротковолнового диапазона.

Таким образом, отклик клеток на излучение ВОС носит однотипный характер независимо от их биологии и связан с интенсивностью деления. Это показывает, что имеется возможность использовать определенный диапазон излучения ВОС для получения избирательного отклика на данное излучение клеток с большей интенсивностью деления, оставляя без изменений клетки с меньшей интенсивностью деления.

Далее, применяя монохроматическое излучение ВОС с длиной волны, при которой наблюдается эффект просветления среды в клетках с большей интенсивностью деления и не отмечается в клетках с меньшей интенсивностью деления, а также монохроматическое излучение ВОС с длиной волны, при которой происходит просветление клеток с различной интенсивностью деления, было исследовано влияние данных видов излучений ВОС на чувствительность изученных клеток к гамма-облучению в дозе 8 Гр. Результаты данного исследования представлены в таблице 2. Видно, что для решения указанной задачи воздействовали видимым излучением крайней части коротковолнового диапазона на исследуемые смеси клеток, которое вызывает просветление бактерий с максимальной частотой и при этом не вызывает такого отклика у сахаромицетов. Кроме этого, использовали видимое излучение крайней части длинноволнового диапазона, которое вызывает просветление стафилококков и сахаромицетов с одинаковой частотой.

Как видно из таблицы 2, воздействие монохроматическим излучением ВОС крайней части коротковолнового диапазона, избирательно изменило чувствительность исследуемых клеток к гамма-лучам. Так, чувствительность интенсивно размножающихся клеток, подвергнутых перед гамма-облучением воздействию монохроматического излучения ВОС данной длины волны, существенно повысилась число колоний стафилококков, высеянных из взвесей, подвергнутых действию монохроматического излучения коротковолнового диапазона перед гамма-облучением, было значительно меньше, чем число колоний стафилококков, высеянных из клеточных смесей, не подвергавшихся перед гамма-облучением данному воздействию. При этом, однако, чувствительность к гамма-лучам клеток с низкой интенсивностью деления (сахаромицетов) в исследуемых взвесях (со стафилококками), подвергнутых предварительно воздействию монохроматического излучения данной длины волны, снизилась. Как видно из таблицы, число колоний сахаромицетов, выросших из смесей, подвергавшихся перед гамма-облучением воздействию монохроматического излучения коротковолнового диапазона, было больше, чем число колоний сахаромицетов, выросших из смесей, предварительно не подвергавшихся действию монохроматического излучения ВОС данной длины волны.

Далее, в таблице 2 представлены показатели выживаемости клеток после воздействия на них гамма-лучами в зависимости от того, подвергались ли они предварительному воздействию монохроматического излучения ВОС длинноволнового диапазона или нет. Видно, что данное предварительное воздействие вызвало повышение чувствительности к гамма-лучам как бактерий, так и грибов: число колоний стафилококков и сахаромицетов из смесей, подвергнутых предварительному облучению в ВОС, после гамма-облучения оказалось меньше, чем число колоний данных микроорганизмов, высеянных из взвесей, не подвергавшихся перед гамма-облучением воздействию монохроматического излучения ВОС длинноволнового диапазона.

При оценке приведенных данных возникает вопрос о возможности куммуляции эффекта избирательного изменения чувствительности клеток с различной интенсивностью деления к лучистой энергии, возникающего при предварительном воздействии на них излучением ВОС. Для ответа на данный вопрос было проведено исследование, результаты которого представлены в таблице 3. Оно включало, как видно из таблицы, воздействие на клетки бактерии, просветляющиеся под воздействием монохроматического излучения ВОС коротковолнового диапазона, в течение времени от 1 до 10 минут с регистрацией каждую минуту частоты их просветления, а также воздействие на смеси клеток бактерий и грибов монохроматического излучения той же длины волны коротковолнового диапазона, также в течение времени от 1 до 10 минут с последующим облучением их в дозе 8 Гр и регистрацией выживаемости клеток.

Как видно из таблицы, в зависимости от длительности воздействия монохроматическим излучением ВОС данной длины волны изменялся регистрируемый оптический показатель изучаемых клеток - частота их просветления. А именно, воздействие данного излучения ВОС длительностью до 2 минут не изменило величины данного оптического параметра: частота просветления бактериальных взвесей, на которые воздействовали излечением ВОС коротковолнового диапазона в течение 1 и 2 минут, статистически достоверно не отличалась от исходной. При действии излучения ВОС в течение 3, 4 и 5 минут частота просветления исследуемых клеток существенно увеличилась: данный оптический параметр клеток с большой интенсивностью деления (бактерий) после указанного воздействия излучения ВОС статистически достоверно превышал исходный. Далее видно, что более длительное воздействие монохроматического излучения ВОС коротковолнового диапазона на взвеси клеток бактерий в течение 6-10 минут не меняло частоты просветления данных клеток: величина этого оптического показателя статистически достоверно не отличалась от исходной.

Далее, в таблице 3 представлены результаты параллельного изучения чувствительности к гамма-излучению клеток с различной интенсивностью деления - стафилококков и сахаромицетов, подвергнутых предварительно воздействию монохроматического излучения коротковолнового диапазона ВОС длительностью от 1 до 10 минут. Как видно, эффект избирательного изменения чувствительности к гамма-излучению клеток с различной интенсивностью деления, подвергнутых предварительному облучению в ВОС, регистрировался при всех сроках данного воздействия: число колоний бактерий, выросших из клеточных смесей, подвергнутых перед гамма-облучением воздействию монохроматического излучения ВОС коротковолнового диапазона, статистически достоверно оказалось ниже, чем число колоний бактерий, высеянных из смесей, не подвергавшихся такому предварительному облучению в ВОС; число же колоний сахаромицетов, выросших из данных клеточных смесей, подвергнутых перед гамма-облучением воздействию излучения ВОС, оказалось статистически достоверно больше, чем число колоний сахаромицетов, выросших из смесей, не подвергавшихся такому предварительному воздействию.

Однако как видно из таблицы, эффект указанного избирательного изменения чувствительности клеток с различной интенсивностью деления к лучистой энергии был наиболее выражен после предварительного воздействия на них данным монохроматическим излучением ВОС в течение 3, 4 и 5 минут: число колоний стафилококков, высеянных из взвесей, которые подвергались перед гамма-облучением воздействию указанного излучения ВОС от 3 до 5 минут, оказалось значительно меньше, чем число колоний, высеянных из смесей, которые подвергались данному предварительному воздействию в течение 1, 2, а также 6-10 минут; число же колоний сахаромицетов, высеянных из смесей, подвергавшихся предварительному облучению в ВОС в течение 3, 4 и 5 минут, оказалось значительно больше, чем число колоний, выросших из смесей, которые предварительно облучались в ВОС в течение 1, 2 и от 6 до 10 минут.

Таким образом, представленные данные показывают характер взаимодействия электромагнитного излучения ВОС и электромагнитного излучения области гамма-лучей в инактивации клеток с различной интенсивностью деления. Так, вызываемое монохроматическим излучением ВОС определенной длины волны изменение оптических свойств клеток в виде их просветления зависит от интенсивности их деления: клетки с большей интенсивностью деления имеют большую частоту просветления, чем клетки с меньшей скоростью деления. Данная ответная реакция клеток на электромагнитное излучение ВОС связана с чувствительностью клеток к лучистой энергии области гамма-лучей. А именно, воздействие на клетки монохроматическим излучением ВОС соответствующего диапазона, вызывающего их просветление, повышает их чувствительность к гамма-лучам. При этом, если среди данных клеток присутствуют другие клетки с меньшей интенсивностью деления, не реагирующие подобным образом на воздействие излучения ВОС, то чувствительность последних к гамма-лучам снижается. Кроме этого, определенная длительность воздействия излучением ВОС позволяет достигать наибольшей выраженности эффекта избирательного изменения чувствительности клеток с различной интенсивностью деления.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность и физиологичность способа за счет возможности избирательного изменения чувствительности клеток с различной интенсивностью деления к лучистой энергии путем воздействия на смеси данных клеток монохроматическим излучением ВОС определенной длины волны и длительности.

Источники информации
1. Скрипкин Ю.К., Шарапова Г.Я. Общие принципы лечения болезней кожи. В кн.: Руководство. Кожные и венерические болезни. М., 1995.

2. Пачес А.И. Опухоли головы и шеи. М., 1997.

3. Бадюгин И.С. Военная токсикология, кардиология и защита от оружия массового поражения. М., 1992.

4. Машковский М.Д. Лекарственные средства. М., 1998.

5. Журавель В. Г. Способ повышения резистентности клеток в условиях in vivo лучистой энергии и ее последействия. Патент РФ 2098817, 1997.

6. Журавель В.Г. Способ определения светопроводности кожи человека. Патент СССР 1802869, 1992.

7. Журавель В.Г. Устройство для определения светопроводности кожи в условиях in vivo. Патент РФ 2057344, 1996.

Изобретение относится к медицине, а именно к методам избирательного изменения чувствительности клеток с различной интенсивностью деления к лучистой энергии. Способ обеспечивает повышение эффективности и физиологичности способа за счет возможности избирательного изменения чувствительности клеток с различной интенсивностью деления к лучистой энергии. На структуры, содержащие клетки с различной интенсивностью деления, воздействуют 1-3 с с интервалом 1-3 с прерывистым монохроматическим излучением видимой области спектра, получаемой от лампы накаливания, мощностью 100-300 Вт в диапазоне 400-440 и 640-760 нм и продолжительностью, при которых в клетках с большей интенсивностью деления достигается максимальная частота просветления, в результате чего их чувствительность к лучистой энергии повышается, а в клетках с меньшей интенсивностью деления при этом просветления не происходит, в результате чего их чувствительность к лучистой энергии снижается. 3 табл.

Способ изменения чувствительности клеток с различной интенсивностью деления к лучистой энергии, включающий воздействие на клеточные структуры in vivo прерывистым монохроматическим излучением видимой области спектра, получаемой от лампы накаливания мощностью 100-300 Вт, и регистрацию частоты просветления клеток, отличающийся тем, что на клеточные структуры с различной интенсивностью деления воздействуют прерывистым монохроматическим излучением в диапазоне 400-440 и 640-760 мм в течение 1-3 c с интервалом 1-3 с и продолжительностью, при которой регистрируют максимальную частоту просветления клеток с большей интенсивностью деления, в результате чего их чувствительность к лучистой энергии повышается, а чувствительность к лучистой энергии клеток с меньшей интенсивностью, когда просветление не происходит, при этом снижается.