biophBiomedical PhotonicsBiomedical Photonics2413-9432Non-profit partnership for development of domestic photodynamic therapy and photodiagnosis10.24931/2413-9432-2019-8-1-46-51bioph-293Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESОптический спектроанализатор с расширенным динамическим диапазоном для фармакокинетических исследований флуоресцирующих препаратов в биотканяхOptical spectroanalyzer with extended dynamic range for pharmacokinetic investigations of photosensitizers in biotissueМееровичГ. А.MeerovichG. A.meerovich@mail.ruАхлюстинаЕ. В.AkhlyustinaE. V.СавельеваТ. А.SavelievaT. A.ЛиньковК. Г.LinkovK. G.ЛощеновВ. Б.LoschenovV. B.Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва; Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, МоскваРоссияProkhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow; National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute), MoscowRussian FederationНациональный исследовательский ядерный университет МИФИ, МоскваРоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute), MoscowRussian FederationИнститут общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, МоскваРоссияProkhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences, MoscowRussian Federation201927032019814651Copyright © Меерович Г.А., Ахлюстина Е.В., Савельева Т.А., Линьков К.Г., Лощенов В.Б., 20192019Меерович Г.А., Ахлюстина Е.В., Савельева Т.А., Линьков К.Г., Лощенов В.Б.Meerovich G.A., Akhlyustina E.V., Savelieva T.A., Linkov K.G., Loschenov V.B.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pdt-journal.com/jour/article/view/293

В настоящее время наиболее перспективным методом для исследования фармакокинетики препаратов, обладающих выраженными флуоресцентными свойствами, является спектрально-флуоресцентный метод. В этой статье мы предлагаем алгоритм расширения динамического диапазона спектроанализатора путем автоматического мониторинга максимального значения спектральной плотности в регистрируемом спектре флуоресценции и автоматического контролируемого изменения времени накопления в зависимости от этого значения с последующей компенсацией выходного сигнала с учетом этого изменения, а также схемные решения, позволяющие реализовать этот алгоритм.

Тестирование спектроанализатора ЛЭСА-01-«Биоспек», модернизированного с использованием предложенного подхода, проводилось на дисперсиях фотосенсибилизатора на основе тетра-3-фенилтиофталоцианина гидроксиалюминия различной концентрации (от 0,01 мг/л до 50 мг/л), примерно соответствующих концентрациям, реализующихся в процессе исследования фармакокинетики в калибровочных образцах и тканях экспериментальных животных. Предложенные решения, реализующие алгоритм регистрации спектров флуоресценции с автоматическим изменением времени накопления в зависимости от уровня сигнала, обеспечили существенное расширение динамического диапазона спектроанализатора (до 3.5 порядков) и повышение точности при фармакокинетических исследованиях.

Currently, the most promising method for the study of pharmacokinetics of drugs with fluorescent properties is the spectral-fluorescent method. In this article, we propose an algorithm for expanding the dynamic range of the spectrum analyzer by automatically monitoring the maximum spectral density in the recorded fluorescence spectrum and automatically controlled changes in the accumulation time depending on this value, followed by compensation of the output signal with regard to this change, as well as hardware circuit solutions that allow this algorithm.

Testing of LESA-01-"Biospeс" spectrum analyzer, upgraded using the proposed approach, was carried out on photosensitizer dispersions based on tetra-3-phenylthiophthalocyanine hydroxyaluminium of various concentrations (from 0.01 mg/l to 50 mg/l), approximately corresponding to the concentrations realized in the process of studying pharmacokinetics in calibration samples and tissues of experimental animals.

The proposed solutions that implement the algorithm for recording fluorescence spectra with automatic change of accumulation time depending on the signal level, ensured a significant expansion of the dynamic range of the spectrum analyzer (up to 3.5 orders of magnitude) and improved accuracy in pharmacokinetic studies.

флуоресцентная диагностикафармакокинетикаспектринтенсивностьэкспозицияfluorescence diagnosticspharmacokineticsspectrumintensityexposureРФФИ (грант № 18–08–01112А)ReferencesРуководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть первая // под ред. А.Н. Миронова. – М.: Гриф и К, 2012. – 944 с.Rukovodstvo po provedeniyu doklinicheskih issledovaniy lekarstvennyh sredstv. CHast' pervaya [A guide to preclinical drug research. Part One], ed. A.N. Mironov. Moscow, Grif and K Publ., 2012. 944 p.Лощенов В.Б., Линьков К.Г., Савельева Т.А., Лощенов M.В., Модель С.С., Бородкин А.В. Аппаратурное и инструментальное обеспечение флюоресцентной диагностики и фотодинамической терапии // Фотодинамическая терапия и фотодиагностика. – 2013. – Т. 2, № 3. – С. 17–25.Loschenov V.B., Linkov K.G., Savelieva T.A., Loschenov M.V., Model S.S., Borodkin A.V. Hardware and tool equipment for fluorescence diagnostics and photodynamic therapy, Photodynamic therapy and photodyagnosis, 2013, vol. 2, no. 3, pp. 17–25. (In Russian)Meerovich G.А., Tiganova I.G., Makarova E.А., Meerovich I.G., Romanova Ju.М., Tolordava E.R., Alekseeva N.V., Stepanova Т.V., Koloskova Yu.S., Lukyanets Е.А., Krivospitskaya N.V., Sipailo I.P., Baikova Т.V., Loschenov V.B., Gonchukov S.A. Photodynamic inactivation of bacteria and biofilms using cationic bacteriochlorins // J. Phys.: Conf. Ser. – 2016. – Vol. 691. – 012011.Meerovich G.А., Tiganova I.G., Makarova E.А., Meerovich I.G., Romanova Ju.М., Tolordava E.R. , Alekseeva N.V., Stepanova Т.V., Koloskova Yu.S., Lukyanets Е.А., Krivospitskaya N.V., Sipailo I.P., Baikova Т.V., Loschenov V.B., Gonchukov S.A. Photodynamic inactivation of bacteria and biofilms using cationic bacteriochlorins, J. Phys. Conf. Ser., 2016, vol. 691, 012011.Меерович Г.А., Ахлюстина Е.В., Тиганова И.Г., Панов А.В., Тюкова В.С., Толордава Э.Р., Алексеева Н.В., Линьков К.Г., Романова Ю.М., Грин М.А., Миронов А.Ф., Лощенов В.Б., Каприн А.Д., Филоненко Е.В. Исследование фотосенсибилизатора для антибактериальной фотодинамической терапии на основе циклодекстриновой композиции метилового эфира 13<sup>3</sup>-N-(N-метилникотинил)-бактериопурпуримида // Biomedical Photonics. – 2017. – Т. 6, № 3. – С. 16–32.Meerovich G.A., Akhlyustina E.V., Tiganova I.G., Panov V.A., Tyukova V.S., Тolordava E.R., Alekseeva N.V., Linkov K.G., Romanova Yu.M., Grin M.A., Mironov A.F.4, Loschenov V.B., Kaprin A.D., Filonenko E.V. Study of photosensitizer for antibacterial photodynamic therapy based on cyclodextrin formulation of 13<sup>3</sup>-N-(Nmethylnicotinyl)- bacteriopurpurinimide methyl ester, Biomedical Photonics, 2017, vol. 6, no. 3, pp. 16–32. (in Russian)Ахлюстина Е.В., Будько А.П., Ланцова А.В., Линьков К.Г., Лощенов В.Б., Меерович Г.А., Савельева Т.А. Устройство для спектрально-флуоресцентного исследования содержания флуорохромов. – Патент РФ № 2665628, 2018.Akhlyustina E.V., Bud’ko А.P., Lantsova A.V., Lin’kov K.G., Loschenov V.B., Savelieva T.A. Ustroystvo dlya spektral'no-fluorestsentnogo issledovaniya soderzhaniya fluorohromov [Device for spectral fluorescence study of the content of fluorochromes], Patent RF no. 2665628, 2018.

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