фантом биоткани и индикатор содержания фотосенсибилизатора

Формула изобретения

1. Фантом биоткани, отличающийся тем, что он представляет собой двухкомпонентный полимерный материал, содержащий полиметилметакрилат и полистирол в соотношении 50-52: 8-9, а также пропиленгликолькарбонат в качестве пластификатора в количестве 11-13% от объема исходного метилметакрилата.

2. Индикатор содержания фотосенсибилизатора в биоткани, представляющий собой фантом биоткани по п. 1, который дополнительно содержит растворимый в метилметакрилате люминесцирующий под действием медицинского источника излучения краситель, спектр люминесценции которого близок к спектру люминесценции применяемого фотосенсибилизатора.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к медицине, в частности, оно предназначено для диагностики онкологических заболеваний и определения концентрации содержания фотосенсибилизатора в пораженной биоткани при фотодинамической терапии (ФДТ) онкологических заболеваний в комплекте аппаратуры кабинетов ФДТ (например, люминесцентной диагностической аппаратуры "ЛЭСА" разработки ТОО "Биоспек").

В настоящее время известно (LASERS in MEDICAL SCIENCE, Vol.10, 1, March 1995) использование в качестве фантома биоткани водной эмульсии белка Intralipid с концентрацией 0,2%, в которую в качестве поглощающей компоненты добавлены голубые чернила.

Однако этот фантом имеет следующие недостатки:

1) ограниченный (порядка нескольких часов) срок использования, связанный с изменением параметров эмульсии из-за коагуляции и даже сворачивания белка;

2) невоспроизводимость параметров рассеяния при повторных измерениях, обусловленная погрешностями приготовления новых эмульсий для каждого нового измерения, особенно в течение длительного цикла исследований, продолжающегося иногда несколько месяцев;

3) для работы с фантомом требуется стеклянная кювета, при этом появляются дополнительные трудности работы и невоспроизводимость результатов, связанные с собственными оптическими характеристиками кюветы, в частности с возможностью зеркального отражения от передней поверхности кюветы;

4) указанный фантом имеет на практике одноразовое применение.

Задачей настоящего изобретения являлось создание твердотельного стабильного, малогабаритного, удобного для использования в лечебной практике фантома биоткани.

Другой задачей являлось создание индикатора различного содержания (в пределах лечебных доз) фотосенсибилизаторов в биоткани, что позволило бы контролировать в течение длительного процесса лечения опухолей содержание фотосенсибилизатора в опухолевой ткани.

Для решения первой задачи предложен фантом биоткани, представляющий собой двухкомпонентный полимерный материал, состоящий из полиметилметакрилата и полистирола, с введенным в него пластификатором - пропиленгликолькарбонатом, причем соотношение упомянутых полимеров в материале 50-52:8-9, а пропиленгликолькарбонат берут в количестве 11-13% от объема исходного метилметакрилата.

Фантом биоткани обеспечивает рассеяние и поглощение падающего светового потока видимого диапазона матовой стороной адекватно кожному покрову человека, глянцевой стороной - подобно слизистой оболочке. Рассеяние и поглощение биоткани этих двух типов, как показали многочисленные (не менее 300) измерения на спектрально-диагностической аппаратуре, с небольшими отклонениями можно считать постоянной величиной.

Для решения второй задачи в вышеописанный фантом вводят люминесцирующий под воздействием медицинского источника излучения (лазера или лампы накаливания) краситель, растворимый в монометилметакрилате и имеющий спектр люминесценции, близкий к спектру люминесценции фотосенсибилизатора, используемого при ФДТ.

При этом концентрация красителя обеспечивает люминесценцию, эквивалентную люминесценции (верхний и нижний пределы, а также оптимальный вариант) лечебных доз фотосенсибилизатора, а фантом биоткани без красителя служит индикатором нулевого содержания фотосенсибилизатора.

Индикаторные образцы также используются в качестве стандартных образцов для контроля и наладки работы аппаратуры, входящей в состав кабинетов ФДТ.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.

ПРИМЕР 1.

Изготовление фантома.

В плоскодонную колбу объемом 250 см³ засыпают 24 г полистирола, заливают 160 см³ смеси метилметакрилата (ММА) с пропиленгликолькарбонатом (ПГК) (1: 0,12) и оставляют на сутки, периодически помешивая стеклянной палочкой, до полного растворения полистирола. В полученный раствор добавляют 160 мг динитрила 2,2^/-aзo-ди-изoмacлянoй кислоты (АДН) и растворяют его при легком встряхивании. Колбу помещают в водяную баню и приготавливают форполимер при температуре 65-70^oС в течение 40-50 мин. Готовый форполимер в колбе охлаждают холодной проточной водой, затем обезгаживают, после чего его заливают в продутую инертным газом форму. Форма представляет собой два силикатных стекла с полиэтиленовой прокладкой между ними, сжатые по периметру струбцинами с соблюдением параллельности, причем с одной стороны для создания рассеяния проложен металлический лист с матированной поверхностью, величина микронеровностей на которой 5-30 мкм с расстоянием между ними того же порядка.

Полимеризацию проводят, погрузив форму целиком в водяную баню с термостатом при температуре 60-65^oС в течение 40 часов до получения твердого материала. Проводят разборку формы, откручивая струбцины. Рабочей поверхностью для имитации кожи является матовая сторона материала. Фантомом слизистой оболочки является глянцевая поверхность полимера.

Из полученного полимерного материала нарезают фантомы биоткани.

Экспериментально подтверждено, что глубина проникновения, излучения He-Ne лазера в фантом составляет 3 мм, что соответствует глубине проникновения в биоткань. Измерения рассеяния на аппаратуре "ЛЭСА" также показали соответствие фантома по этому параметру биоткани. Данный элемент, помимо того, является индикатором нулевой концентрации фотосенсибилизатора, а также в качестве стандартного образца служит отсчетной точкой для настройки диагностической аппаратуры. Полученный фантом представляет собой твердотельный элемент, что обеспечивает в условиях клиники практически неограниченный срок хранения и эксплуатации.

ПРИМЕР 2

Изготовление индикаторов содержания "Фотосенса". Готовят концентрат тетра-3-дибутилсульфамоилфталоцианина цинка [полученного аналогично тетра-3-дибутилсульфамоилфталоцианину меди (Е. А. Лукьянец, С.А. Михаленко Л.И. Соловьева, Е. В. Черных, ЖОХ, 1982, т.52, в.1, стр.90-101) сульфохлорированием незамещенного фталоцианина цинка хлорсульфоновой кислотой с последующим амидированием образующегося сульфохлорида действием дибутиламина], спектр люминесценции которого близок спектру "Фотосенса" (фиг.1), из расчета 1 мг/мл в смеси ММА:ПГК (1:0.1). Полученный концентрат согласно таблице дозирующей пипеткой добавляют в колбу со 150 мл смеси ММА и ПГК и полистиролом, приготовленной по примеру 1. Для приготовления концентраций 110^-5 мг/мл и 2,510^-6 мг/мл в отдельной посуде к 10 мл смеси ММА и ПГК приливают 10 мкл концентрата, затем в колбы со 150 см³ смеси ММА и ПГК и полистиролом дозирующей пипеткой приливают 1,5 см³ и 0,375 см³ этого раствора соответственно. Далее готовят растворы, получают форполимеры, заливают формы, проводят полимеризацию и нарезку из листа индикаторов, как указано в примере 1.

Полученные индикаторы калибруют по фотосенсибилизатору "Фотосенс" на установке, состоящей из гелий-неонового лазера (источник возбуждающего излучения), монохроматора для выделения люминесценции на определенной длине волны и осциллографа в качестве измерителя излучения.

Первоначально снимают зависимость величины сигнала люминесценции на осциллографе от концентрации "Фотосенса" в водном растворе, помещенном в кювету, задняя стенка которой закрыта "Фантомом биоткани" для создания рассеяния и поглощения, близкого к биоткани. Меняя концентрацию "Фотосенса" в пределах лечебных доз, снимают калибровочную кривую. Помещают на место кюветы индикатор, измеряют сигнал на осциллографе и по калибровочной кривой определяют соответствующую величину концентрации "Фотосенса". Для контроля работы установки по рассеянию и люминесценции используют изготовленный индикатор, принятый за эталон. Прокалиброваные индикаторы собирают в кассету с обозначенными на ней концентрациями "Фотосенса".

Проведенные испытания на сохраняемость, свето- и теплоустойчивость показали высокую стибильность индикаторов. На основании этих испытаний гарантийный срок хранения установлен 2 года, эксплуатации - 1 год, т.е. по этим параметрам и удобству в эксплуатации предложенный индикатор превосходит фантом биоткани на основе водной эмульсии белка Intralipid.

ПРИМЕР 3

Изготовление индикаторов содержания протопорфирина IX.

Готовят концентрат красителя тетра-4-фенилтиофталоцианин цинка (В.М.Деркачева, Е. А. Лукьянец - ЖОХ, 1980, т.50, в.10, с.2313-2318), имеющего близкий протопорфирину спектр люминесценции (фиг.2), в ММА с ПГК согласно примеру 2. Далее воспроизводят весь процесс изготовления индикаторов по примеру 2 за исключением калибровки, которую проводят со следующим изменением: в кювету заливают водный раствор фотосенсибилизатора протопорфирина IX.

Аналогичную калибровку можно провести на содержание в биоткани "Фотогема", как следует из его спектра люминесценции (фиг.2).

Предлагаемое изобретение позволяет получать подобные индикаторы для любых фотосенсибилизаторов, используемых при ФДТ, путем подбора растворимого в ММА красителя с близким спектром люминесценции и калибровки полученных на его основе индикаторов на вышеописанной установке, используя в случае необходимости полупроводниковый лазер, а кювету заполняя водным раствором сенсибилизатора с различной концентрацией в диапазоне лечебных доз.

Таким образом, предложен фантом биоткани, удобный в эксплуатации и имеющий практически неограниченный срок хранения и применения, а также индикатор содержания фотосенсибилизатора на его основе, сохраняющийся не менее двух лет и обеспечивающий контроль содержания фотосенсибилизатора в опухолевой ткани в течение как минимум одного года.