RU2430757C1 - Method for elimination of pathogenic and opportunistic microorganisms - Google Patents
Method for elimination of pathogenic and opportunistic microorganisms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2430757C1 RU2430757C1 RU2010112583/14A RU2010112583A RU2430757C1 RU 2430757 C1 RU2430757 C1 RU 2430757C1 RU 2010112583/14 A RU2010112583/14 A RU 2010112583/14A RU 2010112583 A RU2010112583 A RU 2010112583A RU 2430757 C1 RU2430757 C1 RU 2430757C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microorganisms
- photocatalyst
- composition
- radiation
- titanium dioxide
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к дерматологии, стоматологии и физиотерапии, в частности к применению фотодинамической терапии при селективном уничтожении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов (бактерий и грибковых организмов).The invention relates to medicine, namely to dermatology, dentistry and physiotherapy, in particular to the use of photodynamic therapy for the selective destruction of pathogenic and conditionally pathogenic microorganisms (bacteria and fungal organisms).
Многочисленные клинические испытания убедительно свидетельствуют о том, что инфракрасное низкоинтенсивное лазерное излучение (ИК НИЛИ) может эффективно использоваться для профилактики и лечения травматических повреждений, сосудистых нарушений, системно-функциональных расстройств, а также дегенеративно-дистрофических заболеваний (Авруцкий М.Я., Катковский Д.Г., Мусихин Л.В., Гусейнов Т.Ю. Влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на основные биологические процессы и гомеостаз больных. // Анестезиология и реаниматоогия. - 1991. - №5. - С.74-79; Гладких СП., Алексеев Ю.В., Истомин С.П. Триггерные молекулярные механизмы формирования биологических эффектов при низкоэнергетической лазерной терапии. // Использование лазеров для диагностики и лечения заболеваний. - М.: Изд-во ЛАС, 1996. - С.7-11).Numerous clinical trials convincingly indicate that infrared low-intensity laser radiation (IR LLLT) can be effectively used for the prevention and treatment of traumatic injuries, vascular disorders, systemic and functional disorders, as well as degenerative-dystrophic diseases (Avruckii M.Ya., Katkovsky D .G., Musikhin L.V., Guseinov T.Yu. Effect of low-intensity laser radiation on the basic biological processes and homeostasis of patients. // Anesthesiology and intensive care. - 1991. - No. 5. - P. 7. 4-79; Smooth SP., Alekseev Yu.V., Istomin SP Trigger molecular mechanisms for the formation of biological effects in low-energy laser therapy. // Use of lasers for the diagnosis and treatment of diseases. - M.: LAS Publishing House, 1996 . - S.7-11).
Использование ИК НИЛИ эффективно при лечении различных острых и хронических инфекционных заболеваний, а также при гнойно-септических и гнойно-воспалительных осложнениях (Закревский Г.И., Василевич Н.М. Лазеротерапия при гнойно-воспалительных заболеваниях у детей. // Клин. хирургия. - 1980. - №6. - С.61-62; Karu Т. Photobiological fundamentals of low-power laser therapy. // Laser Health: abstr. of the 1-st international congress. - Limawssol, 1997. - P.207-210).The use of IR LILI is effective in the treatment of various acute and chronic infectious diseases, as well as in purulent-septic and purulent-inflammatory complications (Zakrevsky G.I., Vasilevich N.M. Laser therapy for purulent-inflammatory diseases in children. // Clin. Surgery . - 1980. - No. 6. - P.61-62; Karu T. Photobiological fundamentals of low-power laser therapy. // Laser Health: abstr. Of the 1-st international congress. - Limawssol, 1997. - P. 207-210).
Терапевтический эффект ИК НИЛИ связан с его фотоактивизирующим и нормализующим (в терапевтических дозах) действием на активность важнейших ферментов метаболизма, биосинтез белков, ДНК, РНК, пролиферацию клеток, регенерацию тканей, активность иммунной системы и системы микроциркуляции крови и лимфы (Hawkins D.H., Abrahamse H. The role of laser influence in cell viability, proliferation, and membrane integrity of wounded human skin fibroblasts following helium-neon laser irradiation. // Lasers in Surgery and Medicine. - 2006. - V.38, №1. - P.74-83.).The therapeutic effect of IR LILI is associated with its photoactivating and normalizing (in therapeutic doses) effect on the activity of the most important enzymes of metabolism, biosynthesis of proteins, DNA, RNA, cell proliferation, tissue regeneration, the activity of the immune system and the blood and lymph microcirculation system (Hawkins DH, Abrahamse H The role of laser influence in cell viability, proliferation, and membrane integrity of wounded human skin fibroblasts following helium-neon laser irradiation. // Lasers in Surgery and Medicine. - 2006. - V.38, No. 1. - P.74 -83.).
Для лазеротерапии чаще всего используют лазерное излучение инфракрасного (λ=800-1200 нм) диапазона, генерируемое в непрерывном или импульсном режимах, при этом особенно выраженный терапевтический эффект наблюдается при использовании длин волн 800-890 нм.For laser therapy, infrared (λ = 800-1200 nm) laser radiation, generated in continuous or pulsed modes, is most often used, and a particularly pronounced therapeutic effect is observed when using wavelengths of 800-890 nm.
Фотобиологические процессы, вызванные ИК НИЛИ, достаточно разнообразны и специфичны. В основе их лежат фотофизические и фотохимические реакции, возникающие в организме при воздействии лазерного света. Фотофизические реакции обусловлены преимущественно нагреванием объекта до различной степени и распространением тепла в биотканях. Разница температуры более выражена на биологических мембранах, что ведет к оттоку ионов Na+ и К+, раскрытию белковых каналов и увеличению транспорта молекул и ионов. Фотохимические реакции обусловлены возбуждением электронов в атомах поглощающего свет вещества. На молекулярном уровне это выражается в виде фотоионизации вещества, его восстановления или фотоокисления, фотодиссоциации молекул, в их перестройке - фотоизомеризации. В таком состоянии биомолекулярные комплексы приобретают высокую реакционную способность, что позволяет им активно участвовать в разнообразных процессах клеточного метаболизма (Кару Т.Й. Первичные и вторичные клеточные механизмы лазерной терапии. // Низкоинтенсивная лазерная терапия. / Под ред. С.В.Москвина и В.А.Буйлина. - М.: ТОО «Фирма «Техника», 2000. - С.71-94; Бриль Г.Е. Молекулярные аспекты биологического действия низкоинтенсивного лазерного излучения. // Актуальные проблемы патологии. Саратов, из-во Саратовского ун-та, 2001. - С.124-136).The photobiological processes caused by IR LLLT are quite diverse and specific. They are based on the photophysical and photochemical reactions that occur in the body when exposed to laser light. Photophysical reactions are mainly due to the heating of the object to various degrees and the spread of heat in biological tissues. The temperature difference is more pronounced on biological membranes, which leads to the outflow of Na + and K + ions, the opening of protein channels and an increase in the transport of molecules and ions. Photochemical reactions are caused by the excitation of electrons in the atoms of a light-absorbing substance. At the molecular level, this is expressed in the form of photoionization of a substance, its reduction or photooxidation, photodissociation of molecules, and in their rearrangement - photoisomerization. In this state, biomolecular complexes acquire high reactivity, which allows them to actively participate in various processes of cellular metabolism (Karu T.Y. Primary and secondary cellular mechanisms of laser therapy. // Low-intensity laser therapy. / Ed. By S.V. Moskvin and V.A.Buylina. - M .: Technika Firm LLP, 2000. - P.71-94; G. Bril. Molecular aspects of the biological effect of low-intensity laser radiation. Actual problems of pathology. Saratov, from Saratov University, 2001 .-- S.124-136).
В патенте РФ №2376045, МПК A61N 5/067 описан способ, когда осуществляют многократное сеансовое транскутанное воздействие низкоинтенсивным инфракрасным лазерным излучением арсенид-галлиевой природы с частотой 600 Гц на грудную клетку в области воспалительного инфильтрата с постоянным перемещением излучателя по межреберным промежуткам в пределах зоны.In RF patent No. 2376045, IPC
Данный способ не учитывает особенности воспалительного процесса, чувствительность к воздействию инфекционных агентов, ставших причиной воспаления. Указанные недостатки существенно снижают эффективность лечения пневмонии.This method does not take into account the features of the inflammatory process, sensitivity to the effects of infectious agents that caused inflammation. These shortcomings significantly reduce the effectiveness of the treatment of pneumonia.
В патенте РФ №2122447, МПК A61N 5/06 раскрывается способ послеоперационного лечения распространенных форм гнойной инфекции брюшной полости, включающий инфракрасную лазеротерапию в терапевтических дозах в сочетании с облучением крови и передней брюшной стенки с шести полей. Производят магнито-лазерное облучение с магнитной индукцией 35 мТл, при этом переднюю брюшную стенку облучают ежедневно по 2 минуты на поле, облучение крови проводят чрескожно над бедренными сосудами при экспозиции 15 минут и чередуют его через день с облучением зоны проекции тимуса при частоте 10 Гц и экспозиции 5 минут при общей длительности курса 5-7 дней.RF patent No. 2124447, IPC
Недостатком данного способа также является то, что невозможно корректировать параметры воздействия в зависимости от бактериальной природы гнойно-воспалительного заболевания. Поскольку осуществление способа проводят путем облучения кожи, велик риск негативного воздействия на нормальную микрофлору организма пациента.The disadvantage of this method is that it is impossible to adjust the exposure parameters depending on the bacterial nature of purulent-inflammatory disease. Since the implementation of the method is carried out by irradiating the skin, there is a high risk of negative effects on the normal microflora of the patient's body.
В патенте РФ №2294223, МПК A61N 5/067 описан способ фотообработки биоткани, который заключается в облучении биоткани световым излучением с длиной волны от 500 нм до 2500 нм с плотностью энергии, достаточной для индуцирования апоптоза клеток части биоткани, содержащей хромофор. Способ позволяет осуществить фотообработку для целей ингибирования роста нежелательных волос, удаления сосудистых дефектов и пигментных пятен кожи, ремоделирования кожи, редукции сальных желез при акне, удаления новообразований, редукции, в т.ч. удаления гипертрофических и келоидных рубцов с индукцией светоиндуцированного апоптоза клеток этих частей биоткани.RF patent No. 2294223, IPC A61N 5/067 describes a method of photoprocessing a biological tissue, which consists in irradiating a biological tissue with light radiation with a wavelength from 500 nm to 2500 nm with an energy density sufficient to induce apoptosis of cells of a portion of a biological tissue containing a chromophore. The method allows for photo-processing for the purpose of inhibiting the growth of unwanted hair, removing vascular defects and age spots of the skin, remodeling the skin, reducing the sebaceous glands in acne, removing neoplasms, reducing, including removal of hypertrophic and keloid scars with the induction of light-induced apoptosis of cells of these parts of the biological tissue.
У способа присутствуют недостатки, описанные выше: не учитывается реакция воздействия патологической и нормальной микрофлоры.The method has the disadvantages described above: the reaction of the action of pathological and normal microflora is not taken into account.
В качестве одного из типов оптических индикаторов при диагностике заболеваний в медицинской практике широкое применение нашли химические красители. Одним из таких красителей является индоцианин зеленый. Индоцианин зеленый активно используется в самых различных областях медицины: онкологии, офтальмологии, кардиологии, хирургии, дерматологии, тестирования функций печени, в косметологии.Chemical dyes are widely used as one of the types of optical indicators in the diagnosis of diseases in medical practice. One of these dyes is indocyanin green. Indocyanin green is actively used in various fields of medicine: oncology, ophthalmology, cardiology, surgery, dermatology, liver function testing, and cosmetology.
Например, в патенте РФ №2245123, МПК A61F 9/007 описан способ лечения неоваскулярной глаукомы путем хирургического вмешательства. После премедикации, проведения анестезии и акинезии выполняют парацентез роговицы, через который вводят индоцианин зеленый для окрашивания новообразованной базальной мембраны, после окрашивания мембрану удаляют с поверхности радужной оболочки и с поверхности трабекулы при помощи капсульного пинцета, промывают переднюю камеру физиологическим раствором до полного вымывания остатков индоцианина зеленого. Важным является также очень низкая токсичность и быстрое выведение данного красителя из организма (индоцианин зеленый выводится из плазмы почти исключительно паренхиматозными клетками печени и выделяется полностью в желчь). Индоцианин зеленый является перспективным красителем для применения в фотодинамической терапии, поскольку его максимум поглощения находится в пределах от 780 до 850 нм, что соответствует максимуму испускания инфракрасных лазеров.For example, in the patent of the Russian Federation No. 2245123, IPC A61F 9/007, a method for treating neovascular glaucoma by surgical intervention is described. After sedation, anesthesia and akinesia, corneal paracentesis is performed, through which indocyanin green is introduced to stain the newly formed basement membrane, after staining, the membrane is removed from the surface of the iris and from the surface of the trabecula using capsule forceps, the front chamber is washed with saline solution until the green indocyanine residues are completely washed out . Important is also the very low toxicity and rapid elimination of this dye from the body (green indocyanine is excreted from plasma almost exclusively by parenchymal liver cells and is excreted completely in bile). Indocyanin green is a promising dye for use in photodynamic therapy, since its absorption maximum is in the range from 780 to 850 nm, which corresponds to the maximum emission of infrared lasers.
Фотокаталитические материалы представляют собой полупроводники, в которых под действием света возникает пара электрон-дырка, при этом на поверхности материала образуются свободные радикалы с высокой реакционной активностью. Диоксид титана является именно таким полупроводником. Известно, что диоксид титана можно использовать для удаления природных или промышленных загрязнителей в воздухе и воде при УФ-облучении, при этом кислород воздуха восстанавливается, а примесь окисляется с образованием безвредного конечного продукта (минерализуется). Кроме того, поверхность диоксида титана благодаря поглощению УФ-света становится сверхгидрофильной. На этом основано защитное действие тонкой пленки диоксида титана на зеркалах или оконных стеклах.Photocatalytic materials are semiconductors in which, under the influence of light, an electron-hole pair appears, and free radicals with high reactivity are formed on the surface of the material. Titanium dioxide is just such a semiconductor. It is known that titanium dioxide can be used to remove natural or industrial pollutants in air and water under UV irradiation, while air oxygen is reduced, and the impurity is oxidized to form a harmless final product (mineralized). In addition, the surface of titanium dioxide due to the absorption of UV light becomes superhydrophilic. The protective effect of a thin film of titanium dioxide on mirrors or window panes is based on this.
Важной особенностью диоксида титана является способность поглощать свет как в синей (405-420 нм), так и в инфракрасной (950-1000 нм) областях спектра, т.е. данные наночастицы могут быть использованы в сочетании с разнообразными источниками излучения: широкополосными лампами, одноволновыми светодиодами или лазерами (Баллюзек Ф.В., Куркаев А.С., Сентле Л. Нанотехнологии в медицине. - СПб: «Сезам», 2007. - 103 с.).An important feature of titanium dioxide is its ability to absorb light both in the blue (405–420 nm) and infrared (950–1000 nm) spectral regions, i.e. these nanoparticles can be used in combination with a variety of radiation sources: broadband lamps, single-wave LEDs or lasers (Balluzek F.V., Kurkaev A.S., Sentle L. Nanotechnology in medicine. - St. Petersburg: "Sesame", 2007. - 103 from.).
Антимикробный эффект фотодинамической терапии с одновременным использованием как фотокатализатора, так и фотосенсибилизатора в сочетании с излучением соответствующего спектрального состава обеспечивается множественным токсическим действием генерируемых активных радикалов (гидроксидный радикал, супероксидный анион, перекись водорода, сигнглетный кислород).The antimicrobial effect of photodynamic therapy with the simultaneous use of both a photocatalyst and a photosensitizer in combination with radiation of the corresponding spectral composition is ensured by the multiple toxic effects of the generated active radicals (hydroxide radical, superoxide anion, hydrogen peroxide, siglet oxygen).
Использование инфракрасного лазерного излучения способно обеспечить не только фотодинамический эффект за счет генерации активных радикалов, но и фототермические процессы. Локальная подача тепловой энергии широко используется в онкологии и может быть применена при лечении заболеваний микробной природы. Установлены фототермические свойства нанотрубок диоксида титана с использованием инфракрасного (808 нм) лазерного излучения (G.K.Mor, S.Kim, M.Paulose, O.K.Varghese et all. Visible to Near-Infrared Light Harvesting in TiO2 Nanotube Array-РЗНТ Based Heterojunction Solar Cells. // Nano Lett., 2009. - Vol.9, №12. - P.4250-4257).The use of infrared laser radiation can provide not only the photodynamic effect due to the generation of active radicals, but also photothermal processes. Local supply of thermal energy is widely used in oncology and can be used in the treatment of microbial diseases. The photothermal properties of titanium dioxide nanotubes using infrared (808 nm) laser radiation (GKMor, S.Kim, M. Paulose, OKVarghese et all. Visible to Near-Infrared Light Harvesting in TiO 2 Nanotube Array-RZNT Based Heterojunction Solar Cells. / / Nano Lett., 2009. - Vol. 9, No. 12. - P. 4250-4257).
Индоцианин зеленый также может быть использован для селективного местного фототермического эффекта (W.Baumler, С.Abels, S.Karrer, et al. Photo-oxidative killing of human colonic cancer cells using indocyanine green and infrared light. // British J. Cancer, 1999. - Vol.80, №3/4. - P.360-363; С.Abels, S.Fickweiler, P.Weiderer, W.Baumler, et al., Indocyanine green (ICG) and laser irradiation induce photooxidation. // Arch. Dermatol. Res., 2000. - Vol.292. - P.404-411). При этом локальный нагрев будет происходить только в области, обработанной индоцианином зеленым, и сведет к минимуму тепловые повреждения окружающих неокрашенных тканей.Indocyanine green can also be used for a selective local photothermal effect (W. Baumler, C. Abels, S. Karrer, et al. Photo-oxidative killing of human colonic cancer cells using indocyanine green and infrared light. // British J. Cancer, 1999. - Vol.80, No. 3/4. - P.360-363; C. Abels, S. Fickweiler, P. Weiderer, W. Baumler, et al., Indocyanine green (ICG) and laser irradiation induce photooxidation. // Arch. Dermatol. Res., 2000. - Vol. 292. - P.404-411). In this case, local heating will occur only in the area treated with indocyanin green, and will minimize thermal damage to surrounding unpainted tissues.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, описанный в патенте РФ №2318511, МПК А61К 31/409, А61Р 27/02, для фотодинамической терапии меланомы хориоидеи. Для этого внутривенно вводят фотосенсибилизатор хлоринового ряда в дозе 0,8-1 мг/кг веса, затем облучают новообразование лазером транспупиллярно с длиной волны, соответствующей максимуму поглощения фотосенсибилизатора, проводят от 2 до 4 сеансов внутривенного введения ФС и лазерного облучения поверхности опухоли до достижения полной ее резорбции. Аналогичный метод может быть использован для лечения гнойно-воспалительных заболеваний кожи и слизистых оболочек, возбудителями которых являются различные микроорганизмы.Closest to the proposed method is the method described in RF patent No. 2318511, IPC A61K 31/409, A61P 27/02, for photodynamic therapy of choroid melanoma. For this, a chlorine-type photosensitizer is administered intravenously at a dose of 0.8-1 mg / kg body weight, then the neoplasm is irradiated with a laser transpupillary with a wavelength corresponding to the maximum absorption of the photosensitizer, 2 to 4 sessions of intravenous administration of FS and laser irradiation of the tumor surface are performed until complete her resorption. A similar method can be used to treat inflammatory diseases of the skin and mucous membranes, the causative agents of which are various microorganisms.
Однако для фотодинамического воздействия инфракрасного лазерного излучения в качестве фотосенсибилизатора более выгодно использовать индоцианин зеленый, а не сенсибилизаторы хлоринового ряда. Данный краситель является разрешенным лекарственным препаратом и имеет максимум поглощения в ИК-области спектра. Недостатком метода, предложенного в прототипе, также является необходимость нескольких сеансов, тогда как в предлагаемом авторами способе антимикробный эффект может быть достигнут после однократного фотодинамического воздействия.However, for the photodynamic effects of infrared laser radiation, indocyanine green rather than chlorine sensitizers is more advantageous as a photosensitizer. This dye is an approved drug and has a maximum absorption in the infrared region of the spectrum. The disadvantage of the method proposed in the prototype is the need for several sessions, whereas in the proposed method, the antimicrobial effect can be achieved after a single photodynamic exposure.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа для эффективной и селективной инактивации патогенных и условно-патогенных микроорганизмов возбудителей инфекционных заболеваний человека и животных.The objective of the present invention is to develop a method for the effective and selective inactivation of pathogenic and opportunistic microorganisms of pathogens of infectious diseases of humans and animals.
Технический результат - эффективное средство антимикробной терапии, неспособное негативно повлиять на нормальный микробный состав кожи, полости рта и других полостей организма пациента.The technical result is an effective means of antimicrobial therapy, unable to adversely affect the normal microbial composition of the skin, oral cavity and other cavities of the patient's body.
Поставленная задача решается тем, что в способе уничтожения патогенных и условно-патогенных микроорганизмов одновременно обрабатывают область, содержащую микроорганизмы, композицией фотосенсибилизатора и фотокатализатора, выдерживают в течение периода времени, необходимого для эффективного связывания композиции с клетками микроорганизмов; затем воздействуют на указанную область оптическим излучением с длинами волн, соответствующими максимуму поглощения фотосенсибилизатора и фотокатализатора, и плотностью мощности для активации композиции, при этом в качестве фотосенсибилизатора используют индоцианин зеленый, а в качестве фотокатализатора используют наночастицы диоксида титана.The problem is solved in that in the method of destroying pathogenic and conditionally pathogenic microorganisms, the region containing the microorganisms is simultaneously treated with the composition of the photosensitizer and photocatalyst, and they are kept for the period of time necessary for the effective binding of the composition to the cells of the microorganisms; then they act on the indicated area with optical radiation with wavelengths corresponding to the maximum absorption of the photosensitizer and photocatalyst and the power density to activate the composition, while indocyanine green is used as the photosensitizer, and titanium dioxide nanoparticles are used as the photocatalyst.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1. 2 и 3 показано влияние лазерного инфракрасного излучения (805 нм) на микроорганизмы: фиг.1 - Р.acnes; фиг.2 - S.aureus; фиг.3 - S.Epidermidis; на фиг.4 и 5 показано действие лазерного инфракрасного излучения (810 нм) на колониеобразующую способность микроорганизмов: фиг.4 - Н.ectinomycetemcomitans: фиг.5 - Str.Salivarius.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1. 2 and 3 show the effect of laser infrared radiation (805 nm) on microorganisms: figure 1 - P. acnes; figure 2 - S.aureus; figure 3 - S. Epidermidis; figure 4 and 5 shows the effect of laser infrared radiation (810 nm) on the colony forming ability of microorganisms: figure 4 - H.ectinomycetemcomitans: figure 5 - Str. Salivarius.
Настоящее изобретение относится к способу уничтожения патогенных и условно-патогенных микроорганизмов с использованием композиции, содержащей наночастицы диоксида титана и индоцианин зеленый, в сочетании с инфракрасным лазерным излучением.The present invention relates to a method for killing pathogenic and opportunistic microorganisms using a composition comprising titanium dioxide and indocyanine green nanoparticles in combination with infrared laser radiation.
Предполагается, что при одновременном введении фотокатализатора и фотосенсибилизатора в область, содержащую микроорганизмы, эффективность фотодинамического-фотокаталитического воздействия будет увеличиваться за счет синергетического взаимодействия данных фотохимически активных веществ. Наночастицы диоксида титана имеют пористую разветвленную поверхность, способную сорбировать молекулы фотодинамических красителей, тем самым увеличивая эффективность электронного возбуждения при воздействии света и пленение дополнительных электронов для увеличения эффективности фотокаталитического действия. При облучении такой системы «частица-краситель» количество генерируемых радикалов увеличивается. Присутствие системы «частица-краситель» в микроокружении бактериальной клетки или на поверхности клеточной стенки обеспечит ее разрушение в результате активных окислительных процессов.It is assumed that with the simultaneous introduction of a photocatalyst and a photosensitizer into a region containing microorganisms, the effectiveness of the photodynamic-photocatalytic effect will increase due to the synergistic interaction of these photochemically active substances. Titanium dioxide nanoparticles have a porous branched surface capable of sorbing photodynamic dye molecules, thereby increasing the efficiency of electronic excitation when exposed to light and trapping additional electrons to increase the efficiency of the photocatalytic effect. When such a particle-dye system is irradiated, the amount of generated radicals increases. The presence of the particle-dye system in the microenvironment of the bacterial cell or on the surface of the cell wall will ensure its destruction as a result of active oxidative processes.
В предпочтительном способе композицию, содержащую наночастицы диоксида титана (концентрация от 0.1 до 0.01%) и индоцианин зеленый (концентрация от 0.1 до 0.01%), вводят в область, содержащую патогенные или условно-патогенные микроорганизмы. Выжидают достаточное количество времени (10-20 мин), чтобы композиция веществ успела связаться с клетками микроорганизмов, затем проводят облучение указанной области лазерным инфракрасным излучением с длиной волны 800-1000 нм, плотностью мощности от 40 до 50 мВт/см2 в течение 1-30 мин.In a preferred method, a composition comprising titanium dioxide nanoparticles (concentration from 0.1 to 0.01%) and indocyanine green (concentration from 0.1 to 0.01%) is introduced into the region containing pathogenic or conditionally pathogenic microorganisms. A sufficient amount of time is expected (10-20 min) for the composition of substances to contact the cells of microorganisms, then the indicated area is irradiated with laser infrared radiation with a wavelength of 800-1000 nm, a power density of 40 to 50 mW / cm 2 for 1- 30 minutes.
Способ осуществляют по следующей схеме. Для создания асептических условий иммунологический полистирольный 96-луночный планшет помещают в стеклянный или пластиковый корпус. Источник излучения располагают над ячейками планшета. При постановке опытов используют суточную культуру исследуемого штамма. Из разведения микроорганизмов 10000 м.к./мл 0,1 мл взвеси вносят в 0.9 мл раствора фотосенсибилизатора, инкубируют в течение 10-20 мин без доступа света. Из конечного разведения, а также из раствора фотосенсибилизатора бактериальную взвесь в объеме 0.2 мл вносят в ячейки планшета. Воздействие излучения проводят на бактериальные клетки во взвеси, находящейся в соответствующих ячейках, последовательно увеличивая время облучения. После воздействия взвеси бактерий переносят на чашки Петри с плотной питательной средой и равномерно распределяют по поверхности стерильным шпателем. Учет результатов проводят путем подсчета числа колониеобразующих единиц (КОЕ) через 24-72 часа после анаэробной инкубации при 37°С. Контролем служат взвеси бактерий, не обработанные сенсибилизатором и не подвергнутые облучению.The method is carried out according to the following scheme. To create aseptic conditions, an immunological polystyrene 96-well plate is placed in a glass or plastic case. The radiation source is located above the cells of the tablet. When setting the experiments using the daily culture of the studied strain. From the dilution of microorganisms, 10,000 MK / ml 0.1 ml of suspension is added to 0.9 ml of a photosensitizer solution, incubated for 10-20 minutes without access of light. From the final dilution, as well as from the photosensitizer solution, a bacterial suspension in a volume of 0.2 ml is introduced into the cells of the tablet. The exposure to radiation is carried out on bacterial cells in suspension located in the respective cells, sequentially increasing the exposure time. After exposure, bacterial suspensions are transferred to Petri dishes with a dense nutrient medium and evenly distributed over the surface with a sterile spatula. Analysis of the results is carried out by counting the number of colony forming units (CFU) 24-72 hours after anaerobic incubation at 37 ° C. Suspensions of bacteria, not treated with a sensitizer and not exposed to radiation, serve as a control.
Пример 1. Определение чувствительности микроорганизмов к различным концентрациям фотосенсибилизатора и фотокатализатора после облучения.Example 1. Determination of the sensitivity of microorganisms to various concentrations of the photosensitizer and photocatalyst after irradiation.
В качестве объекта исследования используют патогенные (Propionibacterium acnes) и условно-патогенные (Staphylococcus aureus, S.epidermidis) микроорганизмы. В качестве фотосенсибилизатора используют водный раствор индоцианина зеленого с концентрациями 0,1; 0,05; 0,01%. Фотокатализатором служат суспензии наночастиц диоксида титана (ТiO2) в концентрации 0,1; 0,02; 0,01%. При работе используют лазерный диод с максимумом спектра испускания λ=805±15 нм, плотностью мощности излучения - 50 мВт/см2. Облучение бактериальных взвесей проводят в течение 15 мин.Pathogenic (Propionibacterium acnes) and opportunistic (Staphylococcus aureus, S.epidermidis) microorganisms are used as an object of study. As a photosensitizer use an aqueous solution of green indocyanin with concentrations of 0.1; 0.05; 0.01% Suspensions of titanium dioxide (TiO 2 ) nanoparticles in a concentration of 0.1 serve as photocatalysts; 0.02; 0.01% When using a laser diode with a maximum emission spectrum λ = 805 ± 15 nm, the radiation power density of 50 mW / cm 2 . Irradiation of bacterial suspensions is carried out for 15 minutes
Используемые концентрации индоцианина зеленого и диоксида титана повышают чувствительность микроорганизмов к действию светодиодного излучения.The used concentrations of green indocyanine and titanium dioxide increase the sensitivity of microorganisms to the action of LED radiation.
Пример 2. Фотодинамическое воздействие на микроорганизмы, возбудители угревой сыпи, сенсибилизированные индоцианином зеленым и наночастицами диоксида титана.Example 2. Photodynamic effect on microorganisms, pathogens of acne, sensitized with green indocyanin and titanium dioxide nanoparticles.
Модельными патогенными микроорганизмами служат виды Propionibacterium acnes и Staphylococcus aureus, которые являются возбудителями кожных гнойно-воспалительных заболеваний у человека, в частности угревой сыпи. Микроорганизмы Р.acnes выращивают в анаэробных условиях в специальном контейнере с газовой смесью CO2:N2=9:1 при температуре 37°С на тиогликолиевой среде. В качестве представителя условно-патогенной флоры, сопутствующей акне, используют вид Staphylococcus epidermidis. Стафилококки выращивают на мясо-пептонном агаре при температуре 37°С.Model pathogens are the species Propionibacterium acnes and Staphylococcus aureus, which are the causative agents of skin purulent-inflammatory diseases in humans, in particular acne. P. acnes microorganisms are grown under anaerobic conditions in a special container with a gas mixture of CO 2 : N 2 = 9: 1 at a temperature of 37 ° C on a thioglycolic medium. As a representative of opportunistic flora associated with acne, the species Staphylococcus epidermidis is used. Staphylococci are grown on meat-peptone agar at a temperature of 37 ° C.
При работе используют лазерный диод с максимумом спектра испускания λ=805±15 нм, плотностью мощности излучения 50 мВт/см2. Облучение бактериальных взвесей проводят в течение 5, 10, 15, 30 мин.When using a laser diode with a maximum emission spectrum λ = 805 ± 15 nm, a radiation power density of 50 mW / cm 2 . Irradiation of bacterial suspensions is carried out for 5, 10, 15, 30 minutes.
В качестве фотосенсибилизатора используют 0.01% водный раствор индоцианина зеленого. Фотокатализатором служит суспензия наночастиц диоксида титана (ТiO2) в концентрации 0.02%.As a photosensitizer, a 0.01% aqueous solution of green indocyanine is used. The photocatalyst is a suspension of titanium dioxide (TiO 2 ) nanoparticles at a concentration of 0.02%.
Результаты экспериментов показаны на фиг.1-3.The results of the experiments are shown in figures 1-3.
Фотодинамическое воздействие с использованием комбинации метиленового синего и наночастиц диоксида титана демонстрирует выраженный угнетающий эффект на рост бактериальных клеток.The photodynamic effect using a combination of methylene blue and titanium dioxide nanoparticles demonstrates a pronounced inhibitory effect on the growth of bacterial cells.
Пример 3. Влияние лазерного инфракрасного (810 нм) излучения на микроорганизмы, входящие в состав нормальной микрофлоры полости рта человека, сенсибилизированные индоцианином зеленым.Example 3. The effect of laser infrared (810 nm) radiation on the microorganisms that make up the normal microflora of the human oral cavity, sensitized with green indocyanin.
Объектом исследования служат бактерии видов Haemophilus actionomycetemcomitans и Streptococcus salivarius - представители нормальной микрофлоры полости рта человека.The object of the study is the bacteria of the species Haemophilus actionomycetemcomitans and Streptococcus salivarius - representatives of the normal microflora of the human oral cavity.
При работе используют лазерный диод с максимумом спектра испускания λ=810±15 нм, плотностью мощности излучения 45 мВт/см2. Облучение бактериальных взвесей проводят в течение 1, 5, 10, 15 мин. В качестве фотосенсибилизатора используют 0.1% водный раствор индоцианина зеленого. Результаты экспериментов представлены на фиг.4-5.When using a laser diode with a maximum emission spectrum λ = 810 ± 15 nm, a radiation power density of 45 mW / cm 2 . Irradiation of bacterial suspensions is carried out for 1, 5, 10, 15 minutes. A 0.1% aqueous solution of green indocyanin is used as a photosensitizer. The results of the experiments are presented in figure 4-5.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010112583/14A RU2430757C1 (en) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | Method for elimination of pathogenic and opportunistic microorganisms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010112583/14A RU2430757C1 (en) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | Method for elimination of pathogenic and opportunistic microorganisms |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2430757C1 true RU2430757C1 (en) | 2011-10-10 |
Family
ID=44805000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010112583/14A RU2430757C1 (en) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | Method for elimination of pathogenic and opportunistic microorganisms |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2430757C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2636222C1 (en) * | 2016-12-22 | 2017-11-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Bio-solder for laser welding of biological tissues |
-
2010
- 2010-03-31 RU RU2010112583/14A patent/RU2430757C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ТУЧИН В.В. и др. Фотодинамическая и селективная фототермическая терапия угревой сыпи // В сб. «V Съезд Российского фотобиологического общества». Тезисы докладов, Пущино, 2008 г., с.210. ГОРЕНБЕРГ А.А. Новые нанобиоматериалы на основе диоксида титана и фотокатализ с их участием. Автореферат кандидатской диссертации. - М.: 2009, с.22-23. * |
| ТУЧИНА Е.Н. Оценка фотодинамического воздействия in vitro на бактерии микробоценозов из ротовой полости и кожи человека. Автореферат кандидатской диссертации. - Саратов: 2008, с.2-18. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2636222C1 (en) * | 2016-12-22 | 2017-11-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Bio-solder for laser welding of biological tissues |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2368375C2 (en) | Antimicrobial erythrosine-based compound for photodynamic therapy and use thereof | |
| Gupta et al. | Ultraviolet radiation in wound care: sterilization and stimulation | |
| Hakimiha et al. | The susceptibility of Streptococcus mutans to antibacterial photodynamic therapy: a comparison of two different photosensitizers and light sources | |
| JP4828423B2 (en) | Antibacterial photodynamic therapeutic compounds and methods of use thereof | |
| JP2011529898A (en) | Compositions and methods for the treatment of MRSA | |
| Weber et al. | Successful Reduction of SARS-CoV-2 Viral Load by Photodynamic Therapy (PDT) Verified by QPCR��? A Novel Approach in Treating Patients in Early Infection Stages | |
| Kim et al. | Bactericidal effect of the photocatalystic reaction of titanium dioxide using visible wavelengths on Streptococcus mutans biofilm | |
| KR20110133032A (en) | Composition for photodynamic disinfection | |
| Kashef et al. | Photodynamic inactivation of primary human fibroblasts by methylene blue and toluidine blue O | |
| RU2430756C1 (en) | Method for elimination of pathogenic and opportunistic microorganisms | |
| RU2286184C2 (en) | Method for treating burn wounds | |
| RU2430757C1 (en) | Method for elimination of pathogenic and opportunistic microorganisms | |
| RU2379073C2 (en) | Method of laser treatment of chronic tonsillitis with using photosensitiser | |
| Spinei et al. | The antimicrobial activity of photodynamic therapy against Streptococci species in dental biofilm using different photosensitizers: An in vitro study | |
| RU2369415C1 (en) | Method of superficial burn treatment applied to children | |
| RU2460555C1 (en) | Method for burn wound healing | |
| Fuchs et al. | Light-based devices for wound healing | |
| Osaki et al. | Effects of photodynamic therapy with talaporfin sodium on squamous cell carcinoma and sarcoma cells | |
| Tuchina et al. | Low-intensity LED (625 and 405 nm) and laser (805 nm) killing of Propionibacterium acnes and Staphylococcus epidermidis | |
| Aghayan et al. | Evaluation of indocyanine-mediated photodynamic therapy cytotoxicity in human osteoblast-like cells: An in vitro study | |
| Maryam et al. | Effectiveness of antimicrobial photodynamic therapy with indocyanine green against the standard and fluconazole-resistant Candida albicans | |
| Khvedelidze | The use of low level laser therapy in the treatment of surgical pathology | |
| Dogandzhiyska et al. | Investigation of biocompatibility of Zn-and Ga-based Metal phthalocyanine and FotoSan™ Photosensitizers, activated by laser light | |
| RU2606834C2 (en) | Gel-photosensitizer for photodynamic therapy | |
| RU2284838C1 (en) | Method for treating chronic lymphatic failure of inferior limbs |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170401 |