Активация наночастиц фталоцианина алюминия для локальной флуоресцентной спектроскопии в стоматологии
Аннотация
Для выявления микротрещин эмали и очагов скопления патогенной микрофлоры, которые могут стать причиной развития кариеса, в качестве маркера используется фталоцианин алюминия (AlPc) в виде наночастиц. В коллоидном растворе наночастицы не обладают собственной флуоресценцией, в отличие от молекулярной формы. Для перевода частицы в молекулярную форму необходимо присутствие растворителя или специфического окружения (бактерии, макрофаги и др.). Поэтому гидрофобные наночастицы фталоцианина алюминия (nAlPc) могут выступать в качестве маркера для обнаружения скрытых очагов скопления патогенной микрофлоры во время проведения флуоресцентной диагностики. Для сокращения времени диагностики и увеличения эффективности в качестве дополнительных активаторов nAlPc могут быть использованы биологически совместимые поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Для проведения локальной флуоресцентной спектроскопии микротрещин эмали и очагов скопления патогенной микрофлоры на поверхности эмали была приготовлена модельная смесь, содержащая ПАВ, вспомогательные компоненты и коллоида nAlPc в концентрации 10 мг/л.
Исследования по взаимодействию модельной смеси с nAlPc и протеланом с эмалью зубов ex vivo показали перспективность использования этого ПАВ для дополнительной активации наночастиц, что позволяет проводить локальную флуоресцентную спектроскопию поверхности эмали зубов через 3 мин после нанесения. Также статистическая обработка результатов показала эффективность использования модельной смеси для локальной флуоресцентной спектроскопии поверхности эмали для выявления микротрещин эмали и очагов скопления патогенной микрофлоры, которая может привести к развитию кариесогенного процесса.
Об авторах
Ю. О. ЗолотареваРоссия
Москва
Д. С. Фаррахова
Россия
Москва
Е. Н. Куприянова
Россия
Москва
В. Б. Лощенов
Россия
Москва
Список литературы
1. Thomas S.S., Mohanty S., Jayanthi J.L., et al. Clinical trial for detection of dental caries using laser-induced fluorescence ratio reference standard // J. Biomed. Opt. – 2013. – Vol. 15, No. 2. – P. 1–8.
2. Gonchukov S.A., Sukhinina A.A., Bakhmutov D.N., et al. Periodontitis diagnostics using resonance Raman spectroscopy on saliva // Laser Phys. Lett. – 2013. – Vol. 10, No. 7. – 075610.
3. Gonchukov S., Sukhinina A., Bakhmutov D., Minaeva S. Raman spectroscopy of saliva as a perspective method for periodontitis diagnostics // Laser Phys. Lett. – 2012. – Vol. 9, No. 1. – P. 73–77.
4. Ramakrishnaiah R., Rehman G., Basavarajappa S., et al. Applications of Raman Spectroscopy in Dentistry: Analysis of Tooth Structure // Appl. Spectrosc. Rev. – 2014. – Vol. 50, No. 4. – P. 332–350.
5. Tsuda H., Arends J. Raman Spectroscopy in Dental Research: A Short Review of Recent Studies // Adv. Dent. Res. – 1997. – Vol. 11, No. 4. – P. 539–547.
6. Buchwald T., Okulus Z., Szybowicz M. Raman spectroscopy as a tool of early dental caries detection–new insights // J. Raman Spectrosc. – 2017. – Vol. 48, No. 8. – P. 1094–1102.
7. Hsieh Y.-S., Ho Y.C., Lee S.Y., et al. Dental Optical Coherence Tomography // Sensors (Basel). – 2013. – Vol. 13, No. 7. – P. 8928–8949.
8. Chen Q.G., Zhu H.H., Xu Y., et al. Quantitative method to assess caries via fluorescence imaging from the perspective of autofluorescence spectral analysis // Laser Phys. – 2015. – Vol. 25, No. 8. – P. 1–9.
9. Buchalla W., Lennon A.M., Attin T. Fluorescence spectroscopy of dental calculus // J. Periodontal Res. – 2004. – Vol. 39, No. 5. – P. 327–332.
10. Bakhmutov D., Gonchukov S., Sukhinina A. Fluorescence spectroscopy of dental calculus // Laser Phys. Lett. – 2010. – Vol. 7, No. 5. – P. 384–387.
11. Bakhmutov D.N., Gonchukov S.A., Kharchenko O., et al. Early Dental Caries Detection by Fluorescence Spectroscopy // Laser Phys. Lett. – 2004. – Vol. 1, No. 11. – P. 565–569.
12. Bakhmutov D.N., Gonchukov S.A., Kharchenko O. Early caries naked-eyed examination // Laser Phys. Lett. – 2008. – Vol. 5, No. 5. – P. 375–378.
13. Borisova E.G., Uzunov T.T., Avramov L.A. Early Differentiation between Caries and Tooth Demineralization Using Laser- Induced Autofluorescence Spectroscopy // Lasers Surg. Med. – 2004. – Vol. 34, No. 3. – P. 249–253.
14. Drakaki E., Makropoulou M., Khabbaz M., Serafetinideset A.A. Reflectance, scattering and laser induced fluorescence for the detection of dental caries // Proc. SPIE. – 2003. – 5141_348.
15. Drakaki E.A., Makropoulou M.I., Khabbaz M., Serafetinides A.A. Laser Induced Fluorescence in diagnosis of dental caries // Proc. SPIE. – 2003. – Vol. 5149. – P. 45–52.
16. Sinyaeva M.L., Mamedov A.A., Vasilchenko S.Y., et al. Fluorescence Diagnostics in Dentistry // Laser Phys. – 2004. – Vol. 14, No. 8. – P. 1132–1140.
17. Schoenly J.E., Seka W., Featherstone J.D., Rechmann P. Near-UV laser treatment of extrinsic dental enamel stains // Lasers Surg. Med. – 2012. – Vol. 44, No. 4. – P. 339–345.
18. Синяева М.Л., Васильченко С.Ю., Волкова А.И. и др. Использование наночастиц фталоцианина алюминия для детектирования микроповреждений эмали зубов // Российские нанотехнологии. – 2007. – Т. 2, № 11–12. – С. 58–63.
19. Steiner R., Breymayer J., Rueck A., et al. Crystalline organic nanoparticles for diagnosis and PDT // Proc. SPIE. – 2015. – Vol. 9308. – P. 1–7.
20. Breymayer J., Rück A., Ryabova A.V., et al. Fluorescence investigation of the detachment of aluminum phthalocyanine molecules from aluminum phthalocyanine nanoparticles in monocytes/macrophages and skin cells and their localization in monocytes/macrophages // Photodiagnosis Photodyn. Ther. – 2014. – Vol. 11, No. 3. – P. 380–390.
21. Vasilchenko S.Y. Volkova A.I., Ryabova A.V., et al. Application of aluminum phthalocyanine nanoparticles for fluorescent diagnostics in dentistry and skin autotransplantology // J. Biophotonics. – 2010. – Vol. 3, No. 5–6. – P. 336–346.
22. Kuznetsova J.O., Makarov V.I. Applicationofnanophotosensitizers (aluminum phthalocyanine nanoparticles) for early diagnosis and prevention of inflammatory diseases // J. Phys. Conf. Ser. – 2016. – Vol. 737, No. 1. – P. 1–3.
23. Kuznetsova J.O., Farrakhova D.S., Yassin M.G. Aluminum phthalocyanine nanoparticles as a contrast agent for the detection of tooth enamel microcracks // Photon Lasers Med. – 2016. – Vol. 5, No. 4. – P. 267–322.
24. Быстров Ф.Г., Макаров В.И., Поминова Д.В. и др. Исследование кинетики затухания фотолюминесценции молекулярных нанокристаллов фталоцианина алюминия при взаимодействии с иммунокомпетентными клетками // Biomed.Photonics. – 2016. – Т. 5, № 1. – P. 3–8.
25. Sinyaeva M.L., Panchenko V.Y., Sabotinov N.V., et al. Optimization of parodontium tissue irradiation method for fluorescent diagnostic (FD) and photodynamic therapy (PDT) // Proc. SPIE. – 2004. – Vol. 5449. – P. 462–465.
26. Васильченко С.Ю., Волкова А.И., Коровин С.Б. и др. Исследо- вание флюоресцентных свойств наночастиц фталоцианина алюминия в микроповреждениях эмали зуба // Рос. биотер. журн. – 2006. – Т. 5, № 2. – С. 77–80.
27. Dobson J., Wilson M. Sensitization of oral bacteria in biofilms to killing by light from a low-power laser // Arch. Oral Biol. – 1992. – Vol. 37, No. 11. – P. 883–887.
28. Lacey J.A., Phillips D. The photobleaching of disulfonated aluminium phthalocyanine in microbial systems // Photochem. Photobiol. Sci. – 2002. – Vol. 1, No. 2. – P. 120–125.
29. Lacey J.A., Phillips D. Fluorescence lifetime measurements of disulfonated aluminium phthalocyanine in the presence of microbial cells // Photochem. Photobiol. Sci. 2002. – Vol. 1, No. 6. – P. 378–383.
30. Wilson M., Dobson J., Sarkar S. Sensitization of periodontopathogenic bacteria to killing by light from a low- power laser // Oral Microbiol. lmmunology. – 1993. – No. 8. – P. 182–187.
31. Carrera E.T., Dias H.B., Corbi S.C.T., et al. The application of antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) in dentistry: a critical review // Laser Phys. – 2016. – Vol. 26, No. 12. doi: 10.1088/1054– 660X/26/12/123001
32. Yin R., Hamblin M.R. Antimicrobial Photosensitizers: Drug Discovery Under the Spotlight // Curr. Med. Chem. – 2015. – Vol. 22, No. 18. – P. 2159–2185.
33. Carmello J.C., Alves F., Ribeiro A., et al. In vivo photodynamic inactivation of Candida albicans using chloro-aluminum phthalocyanine // Oral Dis. – 2016. – Vol. 22, No. 5. – P. 415–422.
34. Ribeiro A.P., Andrade M.C., Bagnato V.S., et al. Antimicrobial photodynamic therapy against pathogenic bacterial suspensions and biofilms using chloro-aluminum phthalocyanine encapsulated in nanoemulsions // Lasers Med. Sci. – 2015. – Vol. 30, No. 2. – P. 549–559.
35. Ragelle H., Crauste-Manciet S., Seguin J., et al. Nanoemulsion formulation of fisetin improves bioavailability and antitumour activity in mice // Int. J. Pharm. – 2012. – Vol. 427, No. 2. – P. 452–459.
36. Zhang H., Yao M., Morrison R.A., Chong S. Commonly used surfactant, Tween 80, improves absorption of P-glycoprotein substrate, digoxin, in rats // Arch Pharm Res. – 2015. – Vol. 26, No. 9. – P. 768–772.
37. Natarajan J., Baskaran M., Humtsoe L.C., et al. Enhanced brain targetingefficacyofOlanzapinethroughsolidlipidnanoparticles// Artif. Cells. Nanomedicine. Biotechnol. – 2016. – Vol. 45, No. 2. – P. 364–371.
38. Salaguer J.-L. Surfactants Types and Uses. – Venezuela: Laboratorio FIRP, 2002. – 49 p.
39. Холмберг К., Йёнссон Б., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах.– Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 513 c.
40. Саввин С.Б. Поверхностно-активные вещества. – М.: Наука, 1991. – 251 с.
41. Asem H., El-Fattah A.A., Nafee N., et al. Development and biodistribution of a theranostic aluminum phthalocyanine nanophotosensitizer // Photodiagnosis Photodyn. Ther. – 2016. – Vol. 13. – P. 48–57.
42. Loschenov V., Konov V., Prokhorov A. Photodynamic therapy and fluorescence diagnostics // Laser Phys. – 2000. – Vol. 10, No. 6. – P. 1188–1207.
43. Иванов В.Л., Ляшкевич С.Ю. Влияние поверхностно-активных веществ на цепную реакцию фотозамещения галогена сульфогруппой в галогенгидроксинафталинах // Химия высоких энергий. – 2013. – T. 47, No. 4. – C. 293–297.
44. Silva E.P.O., Franchi L.P., Tedescoa A.C. Chloro-aluminium phthalocyanine loaded in ultradeformable liposome for photobiologystudiesonhumanglioblastoma// RSCAdv.– 2016.– Vol. 83. – P. 1–10.
45. Muehlmann L.A., Ma B.C., Longo J.P., et al. Aluminum- phthalocyanine chloride associated to poly(methyl vinyl ether- co-maleic anhydride) nanoparticles as a new third-generation photosensitizer for anticancer photodynamic therapy // Int. J. Nanomedicine. – 2014. – Vol. 9. – P. 1199–1213.
46. Cath T.Y., Adams D., Childress A.E. Membrane contactor processes for wastewater reclamation in space: II. Combined direct osmosis, osmotic distillation, and membrane distillation for treatment of metabolic wastewater // J. Memb. Sci. – 2005. – Vol. 257, No. 1–2. – P. 111–119.
Рецензия
Для цитирования:
Золотарева Ю.О., Фаррахова Д.С., Куприянова Е.Н., Лощенов В.Б. Активация наночастиц фталоцианина алюминия для локальной флуоресцентной спектроскопии в стоматологии. Biomedical Photonics. 2018;7(3):4-20. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2018-7-3-4-20
For citation:
Zolotareva J.O., Farrakhova D.S., Kupriyanova E.N., Loschenov V.B. Aluminum phthalocyanine nanoparticles activation for local fluorescence spectroscopy in dentistry. Biomedical Photonics. 2018;7(3):4-20. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2018-7-3-4-20