biophBiomedical PhotonicsBiomedical Photonics2413-9432Non-profit partnership for development of domestic photodynamic therapy and photodiagnosis10.24931/2413-9432-2024-13-4-13-21bioph-677Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESВлияние неинвазивного фракционного фототермолиза на эффективность трансдермальной фотосенсибилизации в эксперименте in vivoEffect of non-invasive fractional photothermolysis on the efficacy of transdermal photosensitization in the experiment in vivoЧернопятовД. И.ChernopyatovD. I.

Новосибирск

Novosibirsk

danila.chernopyatov@yandex.ruБгатоваН. П.BgatovaN. P.

Новосибирск

Novosibirsk

НиконовС. Д.NikonovS. D.

Новосибирск

Novosibirsk

НимаевВ. В.NimaevV. V.

Новосибирск

Novosibirsk

Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»РоссияResearch Institute of Clinical and Experimental Lymрhology – Branch of the Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of Russian Academy of SciencesRussian FederationНовосибирский научно-исследовательский институт туберкулёзаРоссияNovosibirsk Tuberculosis Research InstituteRussian Federation2024261220241341321Copyright © Чернопятов Д.И., Бгатова Н.П., Никонов С.Д., Нимаев В.В., 20242024Чернопятов Д.И., Бгатова Н.П., Никонов С.Д., Нимаев В.В.Chernopyatov D.I., Bgatova N.P., Nikonov S.D., Nimaev V.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pdt-journal.com/jour/article/view/677

В пилотном исследовании in vivo изучена эффективность неинвазивного фракционного лазерного фототермолиза (НФЛФ), как трансдермальной системы для аппликационной фотосенсибилизации кожи мышей перед фотодинамической терапией (ФДТ). Для НФЛФ использовали лазер (λ = 970 нм) со средней мощностью 4 Вт и частотой импульсов 50 Гц. Проводили облучение участка кожи передней брюшной стенки мышей. После НФЛФ на кожу наносили фотосенсибилизатор (ФС) на основе хлорина е6 в виде геля (0,5 %) с временем аппликации 30 мин. Затем проводили лазерную ФДТ (λ = 662 нм) с мощностью 2 Вт в сканирующем импульсно-периодическом режиме с частотой 5 Гц и площадью светового пятна на коже 1,2 мм². Результаты гистологического исследования, конфокальной и электронной микроскопии показали особенности трансдермального распределения хлорина е6 после проведения НФЛФ. ФС флуоресцирует во всех слоях кожи и подкожно-жировом слое, что указывает на его глубокое проникновение в гиподерму после НФЛФ по сравнению с обычной накожной аппликацией. Продемонстрированы преимущества НФЛФ как транспортной системы для успешного проникновения гелевой формы хлорина е6 через все слои кожи. Электронная микроскопия показала трансдермальный транспорт ФС в виде наноразмерных микросфер и частиц, поглощаемых макрофагами и фибробластами. Также было впервые показано, что импульсная ФДТ после НФЛФ приводит к формированию наноразмерных очагов фотодеструкции вплоть до границы сетчатого слоя кожи и гиподермы.

In an in vivo pilot study, the efficiency of noninvasive fractional laser photothermolysis (NFLP) as a transdermal system for application photosensitization of mouse skin before photodynamic therapy (PDT) was studied. For NFLP, a laser (λ = 970 nm) with an average power of 4 W and a pulse frequency of 50 Hz was used. An area of the skin of the anterior abdominal wall of mice was irradiated. After NFLP, a photosensitizer (PS) based on chlorin e6 in the form of a gel (0.5%) was applied to the skin with an application time of 30 min. Then, laser PDT (λ = 662 nm) was performed with a power of 2 W in a scanning pulse-periodic mode with a frequency of 5 Hz and a light spot area on the skin of 1.2 mm². The results of histological examination, confocal and electron microscopy showed the features of transdermal distribution of chlorin e6 after NFLP. PS fluoresces in all skin layers and the subcutaneous fat layer, indicating its deep penetration into the hypodermis after NFLP compared to conventional cutaneous application. The advantages of NFLP as a transport system for successful penetration of the gel form of chlorin e6 through all skin layers are demonstrated. Electron microscopy showed transdermal transport of PS in the form of nanosized microspheres and particles absorbed by macrophages and fibroblasts. It was also shown for the first time that pulsed PDT after NFLP leads to the formation of nanosized foci of photodestruction up to the border of the reticular layer of the skin and the hypodermis.

фототермолизтрансдермальный транспорт лекарствфотосенсибилизацияхлорин е6фотодинамическая терапияфлуоресценцияконфокальная микроскопияэлектронная микроскопиясветовая микроскопияphotothermolysistransdermal drug transportphotosensitizationchlorin e6photodynamic therapyfluorescenceconfocal microscopyelectron microscopylight microscopyReferencesSviatchenko V.A., Nikonov S.D., Mayorov A.P., Gelfond M.L., Loktev V.B. Antiviral photodynamic therapy: Inactivation and inhibition of SARS-CoV-2 in vitro using methylene blue and Radachlorin // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. – 2021. – Vol. 33. – P. 102112.Sviatchenko V.A., Nikonov S.D., Mayorov A.P., Gelfond M.L., Loktev V.B. Antiviral photodynamic therapy: Inactivation and inhibition of SARS-CoV-2 in vitro using methylene blue and Radachlorin. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 2021, Vol. 33, р. 102112.Wainwright M. Photosensitisers in biomedicine // Chichester: John Wiley & Sons. – 2009.Wainwright M. Photosensitisers in biomedicine. Chichester: John Wiley & Sons, 2009.Gunaydin G., Gedik M.E., Ayan S. Photodynamic therapy: Current limitations and novel approaches // Frontiers in Chemistry. – 2021. – Vol. 9. – P. 691697.Gunaydin G., Gedik M.E., Ayan S. Photodynamic therapy: Current limitations and novel approaches. Frontiers in Chemistry, 2021, Vol. 9, р. 691697.Park Y.K., Park C.H. Clinical efcacy of photodynamic therapy // Obstetrical & Gynecological Science. – 2016. – Vol. 59 (6). – P. 479-488.Park Y.K., Park C.H. Clinical efficacy of photodynamic therapy. Obstetrical & Gynecological Science, 2016, Vol. 59 (6), рр. 479-488.Awan M.A., Tarin S.A. Review of photodynamic therapy // The Surgeon. – 2006. – Vol. 4 (4). – P. 231-236.Awan M.A., Tarin S.A. Review of photodynamic therapy. The Surgeon, 2006, Vol. 4 (4), рр. 231-236.Niculescu A.G., Grumezescu A.M. Photodynamic Therapy — An Up-to-Date Review // Applied Sciences. – 2021. – Vol. 11 (8). – P. 3626.Niculescu A.G., Grumezescu A.M. Photodynamic Therapy — An Up-to-Date Review. Applied Sciences, 2021, Vol. 11 (8), р. 3626.Захаренко А.А., Хамид А.Х., Свечкова А.А., Беляев М.А., Вовин К.Н., Прудников А.В. Применение эндоскопической фотодинамической терапии в комплексном лечении злокачественных новообразований желудка (обзор литературы) // Вестник хирургии им. И.И. Грекова. – 2022. – Т. 181, № 4. – С. 5-12.Zakharenko A.A., Hamid A.H., Svechkova A.A., Belyaev M.A., Vovin K.N., Prudnikov A.V. The use of endoscopic photodynamic therapy in the complex treatment of malignant neoplasms of the stomach (literature review). Bulletin of Surgery named after I.I. Grekov, 2022, Vol. 181(4), pp. 5-12.Kubrak T., Karakuła M., Czop M., Kawczyk-Krupka A., Aebisher D. Advances in Management of Bladder Cancer — The Role of Photodynamic Therapy // Molecules. – 2022. – Vol. 27 (4). – P. 731.Kubrak T., Karakuła M., Czop M., Kawczyk-Krupka A., Aebisher D. Advances in Management of Bladder Cancer — The Role of Photodynamic Therapy. Molecules, 2022, Vol. 27 (4), р. 731.Queirós C., Garrido P.M., Maia Silva J., Filipe P. Photodynamic therapy in dermatology: beyond current indications // Dermatologic Therapy. – 2020. – Vol. 33 (6). – P. e13997.Queirós C., Garrido P.M., Maia Silva J., Filipe P. Photodynamic therapy in dermatology: beyond current indications. Dermatologic Therapy, 2020, Vol. 33 (6), p. e13997.Karrer S., Szeimies R.-M. Photodynamische Therapie Nichtonkologischer Indikationen // Hautarzt. – 2007. – Vol. 58 (7). – P. 585-596.Karrer S., Szeimies R.-M. Photodynamische Therapie Nichtonkologischer Indikationen. Hautarzt, 2007, Vol. 58 (7), рр. 585-596.Van Straten D., Mashayekhi V., De Bruijn H. S., Oliveira S., Robinson D. J. Oncologic photodynamic therapy: Basic principles, current clinical status and future directions // Cancers. – 2017. – Vol. 9 (1). – P. 19.Van Straten D., Mashayekhi V., De Bruijn H.S., Oliveira S., Robinson D.J. Oncologic photodynamic therapy: Basic principles, current clinical status and future directions. Cancers, 2017, Vol. 9 (1), р. 19.Hak A., Ali M.S., Sankaranarayanan S.A., Shinde V.R., Rengan A.K. Chlorin e6: a promising photosensitizer in photo-based cancer nanomedicine // ACS Applied Bio Materials. – 2023. – Vol. 6 (2). – P. 349-364.Hak A., Ali M.S., Sankaranarayanan S.A., Shinde V.R., Rengan A.K. Chlorin e6: a promising photosensitizer in photo-based cancer nanomedicine. ACS Applied Bio Materials, 2023, Vol. 6 (2), рр. 349-364.Zhang D., Wu M., Zeng Y., Wu L., Wang Q., Han X., Liu X., Liu J. Chlorin e6 conjugated poly(dopamine) nanospheres as PDT/PTT dual-modal therapeutic agents for enhanced cancer therapy // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2015. – Vol. 7 (15). – P. 8176-8187.Zhang D., Wu M., Zeng Y., Wu L., Wang Q., Han X., Liu X., Liu J. Chlorin e6 conjugated poly(dopamine) nanospheres as PDT/PTT dual-modal therapeutic agents for enhanced cancer therapy. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, Vol. 7 (15), рр. 8176-8187.Бредихин Д.А., Никонов С.Д., Чередниченко А.Г., Петренко Т.И. Фотодинамическая инактивация Mycobacterium tuberculosis радахлорином in vitro // Туберкулёз и болезни лёгких. – 2018. – Т. 96, № 1. – С. 5-10.Bredikhin D.A., Nikonov S.D., Cherednichenko A.G., Petrenko T.I. Photodynamic inactivation of Mycobacterium tuberculosis with radachlorin in vitro. Tuberculosis and lung diseases, 2018, Vol. 96 (1), pp. 5-10.Mathur A., Parihar A. S., Modi S., Kalra A. Photodynamic therapy for ESKAPE pathogens: an emerging approach to combat antimicrobial resistance (AMR) // Microbial Pathogenesis. – 2023. – Vol. 183. – P. 106307.Mathur A., Parihar A. S., Modi S., Kalra A. Photodynamic therapy for ESKAPE pathogens: an emerging approach to combat antimicrobial resistance (AMR). Microbial Pathogenesis, 2023, Vol. 183, р. 106307.Панова О.С., Дубенский В.В., Дубенский В.В., Петунина В.В., Бейманова М.А., Санчес Э.А., Гельфонд М.Л., Шилов Б.В., Белхароева Р.Х. Фотодинамическая репаративная регенерация кожи с применением наружного геля-фотосенсибилизатора на основе хлорина е6 // Biomedical Photonics. – 2021. – Т. 10, № 3. – С. 4-11.Panova O.S., Dubensky V.V., Dubensky V.V., Petunina V.V., Beimanova M.A., Sanchez E.A., Gelfond M.L., Shilov B.V., Belkharoeva R.H. Photodynamic reparative regeneration of the skin using an external photosensitizer gel based on chloride e6. Biomedical Photonics, 2021, Vol. 10 (3), pp. 4-11.Manstein D., Herron G.S., Sink R.K., Tanner H., Anderson R.R. Fractional photothermolysis: a new concept for cutaneous remodeling using microscopic patterns of thermal injury // Lasers in Surgery and Medicine. – 2004. – Vol. 34 (4). – P. 426-438.Manstein D., Herron G.S., Sink R.K., Tanner H., Anderson R.R. Fractional photothermolysis: a new concept for cutaneous remodeling using microscopic patterns of thermal injury. Lasers in Surgery and Medicine, 2004, Vol. 34 (4). рр. 426-438.Нимаев В.В., Никонов С.Д., Бредихин Д.А., Майоров А.П., Чернопятов Д.И. Способ фотодинамической терапии с интрадермальной фотосенсибилизацией: патент на изобретение RU 2750975 C1. 07.07.2021. Заяв. № 2020124765 15.07.2020; опубл.07.07.2021.Nimaev V.V., Nikonov S.D., Bredikhin D.A., Mayorov A.P., Chernopyatov D.I. Method of photodynamic therapy with intradermal photosensitization: patent for invention RU 2750975 C1. 07.07.2021. The application. No. 2020124765 07/15/2020; publ.07.07.2021.Habbema L., Verhagen R., Van Hal R. et al. Minimally invasive non-thermal laser technology using laser-induced optical breakdown for skin rejuvenation // Journal of Biophotonics. – 2012. – Vol. 5(3–4). – P. 194-199.Habbema L., Verhagen R., Van Hal R. et al. Minimally invasive non-thermal laser technology using laser-induced optical breakdown for skin rejuvenation. Journal of Biophotonics, 2012, Vol. 5(3–4), рр. 194-199.Hædersdal M., Sakamoto F. H., Farinelli W. A., Doukas A. G., Tam J., Anderson R. R. Fractional CO2 laser-assisted drug delivery // Lasers in Surgery and Medicine. – 2010. – Vol. 42 (2). – P. 113-122.Hædersdal M., Sakamoto F. H., Farinelli W. A., Doukas A. G., Tam J., Anderson R. R. Fractional CO2 laser-assisted drug delivery. Lasers in Surgery and Medicine, 2010, Vol. 42 (2), рр. 113-122.Qureshi S., Lin J. Y. Utilizing non-ablative fractional photothermolysis prior to ALA-photodynamic therapy in the treatment of acne vulgaris: a case series // Lasers in Medical Science. – 2017. – Vol. 32. – P. 729-732.Qureshi S., Lin J. Y. Utilizing non-ablative fractional photothermolysis prior to ALA-photodynamic therapy in the treatment of acne vulgaris: a case series. Lasers in Medical Science, 2017, Vol. 32, рр. 729-732.Lohan S.B., Kröger M., Schleusener J., Darvin M.E., Lademann J., Streit I., Meinke M.C. Characterization of radical types, penetration profle and distribution pattern of the topically applied photosensitizer THPTS in porcine skin ex vivo // European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. – 2021. – Vol. 162. – P. 50-58.Lohan S.B., Kröger M., Schleusener J., Darvin M.E., Lademann J., Streit I., Meinke M.C. Characterization of radical types, penetration profile and distribution pattern of the topically applied photosensitizer THPTS in porcine skin ex vivo. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2021, Vol. 162, рр. 50-58.Laubach H. J., Tannous Z., Anderson R. R., Manstein D. Skin responses to fractional photothermolysis // Lasers in Surgery and Medicine. – 2006. – Vol. 38 (2). – P. 142-149.Laubach H. J., Tannous Z., Anderson R. R., Manstein D. Skin responses to fractional photothermolysis. Lasers in Surgery and Medicine, 2006, Vol. 38 (2), рр. 142-149.

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