Preview

Biomedical Photonics

Расширенный поиск

Спектрально-люминесцентные свойства наночастиц бактериохлорина и фталоцианина алюминия в качестве поверхностного покрытия имплантов на основе гидроксиапатита

https://doi.org/10.24931/2413-9432-2016-5-2-4-12

Полный текст:

Аннотация

Разработана перспективная технология покрытия поверхности имплантов нанокристаллами фотосенсибилизаторов для придания им фотобактерицидных свойств. В ходе работы было проведено исследование спектрально-люминесцентных свойств покрытий на основе наночастиц фотосенсибилизаторов, поглощающих в ближнем инфракрасном диапазоне спектра: бактериохлорина и фталоцианина алюминия. Было показано, что при взаимодействии с полярным растворителем, что моделирует процесс взаимодействия импланта с биокомпонентами в условиях in vivo (быстро пролиферирующими и иммунокомпетентными клетками), кристаллические наночастицы фотосенсибилизаторов, покрывающие имплант, меняют свои спектроскопические свойства: приобретают способность к фотолюминесценции и становятся фототоксичными. Показана устойчивость разработанного покрытия к вымыванию нанокристаллов во времени. Сделан вывод, что разработанное покрытие на основе кристаллических наночастиц фотосенсибилизаторов будет оказывать антибактериальное и противовоспалительное действие в условиях фотодинамического воздействия в околоимплантационной зоне. Результаты проведенных исследований позволяют считать данную технологию перспективной для создания имплантов с фотобактерицидными свойствами, что открывает перспективу локальной профилактики воспалительных и аутоиммунных реакций в области имплантации.

Об авторах

Ю. С. Маклыгина
Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
Россия
Москва


А. С. Шарова
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва, Россия
Россия
Москва


B. Kundu
Bioceramics and Coating Division, CSIR-Central Glass & Ceramic Research Institute, Kolkata, India
Индия
Kolkata


V. K. Balla
Bioceramics and Coating Division, CSIR-Central Glass & Ceramic Research Institute, Kolkata, India
Индия
Kolkata


R. Steiner
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ; The Institute for Laser Technology in Medicine and Measurement Technique
Германия

Москва;

Ulm



В. Б. Лощенов
Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН; Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Россия
Москва


Список литературы

1. Amini A.R., Laurencin C.T., Nukavarapu S.P. Bone tissue engineering: recent advances and challenges // Crit. Rev. Biomed. Eng. – 2012. – Vol. 40. – P. 363-408.

2. Noh Y.K., Du P., Kim I.G. et al. Polymer mesh scaffold combined with cell-derived ECM for osteogenesis of human mesenchymal stem cells // Biomater Res. – 2016. – Vol. 20(6).

3. Legemate K., Tarafder S., Jun Y., Lee C.H. Engineering Human TMJ Discs with Protein-Releasing 3D-Printed Scaffolds // J Dent Res. – 2016. – Vol. 6.

4. Padmanabhan S.K., Gervaso F., Carrozzo M. et al. Wollastonite/ hydroxyapatite scaffolds with improved mechanical, bioactive and biodegradable properties for bone tissue engineering // Ceram. Int. – 2013. – Vol. 39(1) – P. 619-627.

5. Hosseinkhani M., Mehrabani D., Karimfar M.H. et al. Tissue engineered scaffolds in regenerative medicine // World J. Plast. Surg. – 2014. – Vol. 3(1). – P. 3-7.

6. Tevlin R., McArdle A., Atashroo D. et al. Biomaterials for craniofacial bone engineering // J. Dent. Res. – 2014. – Vol. 93. – P. 1187-1195.

7. Galili U., Avoiding detrimental human immune response against Mammalian extracellular matrix implants // Tissue Eng. Part B Rev. – 2015. – Vol. 21. – P. 231-241.

8. Kharraz Y., Guerra J., Mann C.J. et al. Macrophage plasticity and the role of inflammation in skeletal muscle repair // Mediators Inflamm. – 2013. – Vol. 2013.

9. Brown B.N., Sicari B.M., Badylak S.F. Rethinking regenerative medicine: a macrophage-centered approach // Front Immunol. – 2014. – Vol. 5.

10. Boehler R.M., Graham J.G., Shea L.D. Tissue engineering tools for modulation of the immune response // Biotechniques. – 2011. – Vol. 51, No. 4. – P. 239-254.

11. Gardner A.B., Lee S.K., Woods E.C., Acharya A.P. Biomaterials-based modulation of the immune system // Biomed. Res. Int. – 2013. – Vol. 2013.

12. Franz S., Rammelt S., Scharnweber D., Simon J.C. Immune responses to implants – a review of the implications for the design of immunomodulatory biomaterials // Biomaterials. – 2011. – Vol. 32. – P. 6692-6709.

13. Anderson J.M. Inflammatory response to implants // ASAIO Trans. – 1988. – Vol. 34. – P. 101-107.

14. Major M.R., Wong V.W., Nelson E.R. et al. The foreign body response: at the interface of surgery and bioengineering // Plast. Reconstr. Surg. – 2015. – Vol. 135. – P. 1489-1498.

15. Londono R., Badylak S.F. Biologic scaffolds for regenerative medicine: mechanisms of in vivo remodeling // Ann. Biomed. Eng. – 2014. – Vol. 43. – P. 577-592.

16. Crupi A., Costa A., Tarnok A. et al. Inflammation in tissue engineering: The Janus between engraftment and rejection // Eur J Immunol. – 2015. – Vol. 45(12). – P. 3222-36.

17. Kzhyshkowska J., Gudima A., Riabov V. et al. Macrophage responses to implants: prospects for personalized medicine // J Leukoc Biol. – 2015. – Vol. 98(6). – P. 953-962.

18. Van Oirschot B.A., Eman R.M., Habibovic P. et al. Osteophilic properties of bone implant surface modifications in a cassette model on a decorticated goat spinal transverse process // Acta Biomater. – 2016 (in press).

19. Nakata H., Kuroda S., Tachikawa N. et al. Histological and microcomputed tomographic observations after maxillary sinus augmentation with poroushydroxyapatite alloplasts: a clinical case series // Springerplus. 2016. – Vol. 5.

20. Pallela R., Venkatesan J., Janapala V.R., Kim S.K. Biophysicochemical evaluation of chitosan-hydroxyapatite-marine sponge collagen composite for bone tissue engineering // J Biomed Mater Res Part A. – 2012. – Vol. 100(2). – P. 486–495.

21. Asaoka T., Ohtake S., Furukawa K.S. et al. Development of bioactive porous α-TCP/HAp beads for bone tissue engineering // Biomed Mater Res A. – 2013. – Vol. 101(11). – P. 3295-300.

22. Nandi S.K., Kundu B., Mukherjee J. et al. Converted marine coral hydroxyapatite implants with growth factors: in vivo bone regeneration // Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. – 2015. – Vol. 49. – P. 816-23.

23. Balla V.K., Bodhak S., Bose S., Bandyopadhyay A. Porous tantalum structures for bone implants: fabrication, mechanical and in vitro biological properties // Acta Biomater. – 2010. – Vol. 6(8). – P. 3349-59.

24. Ferraz M.P., Mateus A.Y., Sousa J.C., Monteiro F.J. Nanohydroxyapatite microspheres as delivery system for antibiotics: release kinetics, antimicrobial activity, and interaction with osteoblasts // J. Biomed. Mater. Res. A. – 2007. – Vol. 81. – P. 994-1004.

25. Guo Y.J., Long T., Chen W. et al. Bactericidal property and biocompatibility of gentamicin-loaded mesoporous carbonated hydroxyapatite microspheres // Mater. Sci. Eng. C. – 2013. – Vol. 33. – P. 3583-3591.

26. Selvakumar M., Srivastava P., Pawar H.S. et al. On-Demand Guided Bone Regeneration with Microbial Protection of Ornamented SPU Scaffold with Bismuth-Doped Single Crystalline Hydroxyapatite: Augmentation and Cartilage Formation // ACS Appl Mater Interfaces. – 2016. – Vol. 8(6). – P. 4086-100.

27. Krishnan A.G., Jayaram L., Biswas R., Nair M. Evaluation of antibacterial activity and cytocompatibility of ciprofloxacin loaded gelatin-hydroxyapatite scaffoldsas a local drug delivery system for osteomyelitis treatment // Tissue Eng Part A. – 2015. – Vol. 21(7-8). – P. 1422-31.

28. Mututuvari T.M., Harkins A.L, Tran C.D. Facile synthesis, characterization, and antimicrobial activity of cellulose-chitosanhydroxyapatitecomposite material: a potential material for bone tissue engineering // J Biomed Mater Res A. – 2013. – Vol. 101(11). – P. 3266-77.

29. Afzal M.A., Kalmodia S., Kesarwani P. et al. Bactericidal effect of silver-reinforced carbon nanotube and hydroxyapatite composites // J Biomater Appl. – 2013. – Vol. 27(8). – P. 967-78.

30. Haag P.A., Steiger-Ronay V., Schmidlin P.R. The in Vitro Antimicrobial Efficacy of PDT against eriodontopathogenic Bacteria // Int J Mol Sci. – 2015. – Vol. 16(11). – P. 27327-27338.

31. Soukos N.S., Ximenez-Fyvie L.A., Hamblin M.R. et al. Targeted antimicrobial photochemotherapy // Antimicrob. Agents Chemother. – 1998. – Vol. 42. – P. 2595-2601.

32. Sharman W.M., Allen C.M., van Lier J.E. Photodynamic therapeutics: Basic principles and clinical applications // Drug Discov. Today. – 1999. – Vol. 4. – P. 507-517.

33. Braham P., Herron C., Street C., Darveau R. Antimicrobial photodynamic therapy may promote periodontal healing through multiple mechanisms // J. Periodontol. – 2009. – Vol. 80. – P. 1790-1798.

34. Chan Y., Lai C.H. Bactericidal effects of different laser wavelengths on periodontopathic germs in photodynamic therapy // Lasers Med. Sci. – 2003. – Vol. 18. – P. 51-55.

35. Street C.N., Pedigo L.A., Loebel N.G. Energy dose parameters affect antimicrobial photodynamic therapy-mediated eradication of periopathogenic biofilm and planktonic cultures // Photomed. Laser Surg. – 2010. – Vol. 28 (Suppl. S1). – P. 61-66.

36. Breymayer J., Rück A., Ryabova A.V. et al. Fluorescence Investigation of the Effect of Monocytes/Macrophages and Skin Cells on Aluminium Phthalocyanine Nanoparticles // Journal Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. – 2014. – Vol. 11(3). – P. 380-390.

37. Vasilchenko S.Yu., Volkova A.I., Ryabova A.V. et al. Application of aluminum phthalocyanine nanoparticles for fluorescent diagnostics in dentistry and skin autotransplantology // J. Biophoton. – 2010. – Т. 3, No. 5-6. – Р. 336-346.

38. Oertel M., Schastak S.I., Tannapfel A. et al. Novel bacteriochlorin for high tissue-penetration: photodynamic properties in human biliary tract cancer cells in vitro and in a mouse tumour model // J. Photochem. Photobiol. B. – 2003. – Vol. 71. – P. 1-10.

39. Mazor O., Brandis A., Plaks V. et al. WST11, a novel water-soluble bacteriochlorophyll derivative; cellular uptake, pharmacokinetics, biodistribution, and vascular targeted photodynamic activity against melanoma tumors // Photochem. Photobiol. – 2005. – Vol. 81. – P. 342-351.

40. Rovers J.P., de Jode M.L., Rezzoug H., Grahn M.F. In vivo photodynamic characteristics of the near-infrared photosensitizer 5, 10, 15, 20-tetrakis (m-hydroxyphenyl) bacteriochlorin // Photochem. Photobiol. – 2000. – Vol. 72. – P. 358-364.

41. Миронов А.Ф., Грин М.А., Кармакова Т.А., Плютинская А.Д., Якубовская Р.И., Феофанов А.В., Вини П. Новые фотосенсибилизаторы для ФДТ рака на основе природного бактериохлорофилла а // Российский биотерапевтический журнал. – 2003. – Т. 2, № 1. – С. 33-34.

42. Якубовская Р.И., Плотникова Е.А., Морозова Н.Б., Грин М.А., Миронов А.Ф. Аминоамиды в ряду бактериохлорофилла а и их фотоиндуцированная активность в системах in vitro и in vivo // Фотодинамическая терапия и фотодиагностика. – 2013. – № 3. – C. 29-30.

43. Грин М.А., Пантюшенко И.В., Плотникова Е.А., Плютинская А.Д., Малыгина А.И., Каширцева И.В., Михайловская А.А., Якубовская Р.И., Каплан М.А., Миронов А.Ф. Новые фотосенсибилизаторы на основе бактериопурпуринимида и их фотоиндуцированная противоопухолевая активность // Фотодинамическая терапия и фотодиагностика. – 2013. – № 3. – C. 33-34.

44. Решетников Р.И., Грин М.А., Харитонова О.В., Козлов А.C., Красновский А.А., Феофанов А.В., Ермакова Д.Э., Миронов А.Ф. Бактериохлорин-содержащая триада для совместной флюоресцентной диагностики и фотодинамической терапии рака // Фотодинамическая терапия и фотодиагностика. – 2013. – № 3. – C. 34.

45. Миронов А.Ф., Грин М.А., Ципровский А.Г., Сегеневич А.В., Дзарданов Д.В., Головин К. В., Цыганков А.А., Шим Я.К. Новые фотосенсибилизаторы бактериохлоринового ряда для фотодинамической терапии рака // Биоорганическая химия. – 2003. – T. 29, № 2. – C. 214-221.

46. Loschenov V.B., Konov V.I., Prokhorov A.M. Photodynamic therapy and fluorescence diagnostics // Laser Physics. – 2000. – Vol. 10, No. 6. – Р. 1188-1207.

47. Линьков К.Г., Березин А.Н., Лощенов В.Б. Аппаратура для ФД и ФДТ // Росс. биотерапевт. журнал. – 2004. – Т. 3, No. 2. – С. 54.


Для цитирования:


Маклыгина Ю.С., Шарова А.С., Kundu B., Balla V.K., Steiner R., Лощенов В.Б. Спектрально-люминесцентные свойства наночастиц бактериохлорина и фталоцианина алюминия в качестве поверхностного покрытия имплантов на основе гидроксиапатита. Biomedical Photonics. 2016;5(2):4-12. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2016-5-2-4-12

For citation:


Maklygina Y.S., Sharova A.S., Kundu B., Balla V.K., Steiner R., Loschenov V.B. Spectral luminescent properties of bacteriochlorin and aluminum phthalocyanine nanoparticles as hydroxyapatite implant surface coating. Biomedical Photonics. 2016;5(2):4-12. (In Russ.) https://doi.org/10.24931/2413-9432-2016-5-2-4-12

Просмотров: 617


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2413-9432 (Print)