научная статья по теме КИНЕТИКА ИЗМЕНЕНИЙ ОПТИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ ЖИРОВОЙ ТКАНИ IN VITRO КАК РЕЗУЛЬТАТ ФОТОДИНАМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ Биология

Текст научной статьи на тему «КИНЕТИКА ИЗМЕНЕНИЙ ОПТИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ ЖИРОВОЙ ТКАНИ IN VITRO КАК РЕЗУЛЬТАТ ФОТОДИНАМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ»

БИОФИЗИКА, 2012, том 57, вып. 1, с. 115-119

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 611.018.26.085.23:577.344.3

КИНЕТИКА ИЗМЕНЕНИЙ ОПТИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПPОПУСКАНИЯ ЖИPОВОЙ ТКАНИ in vitro КАК PЕЗУЛЬТАТ ФОТОДИНАМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

© 2012 г. В.А. Дубровский, И.Ю. Янина*, В.В. Тучин* **

Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского, 410026, Саратов, ул. Б. Казачья, 112; E-mail: mbf@sgmu.ru

*Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, 410012, Саратов, ул. А страханская, 83; **Институт проблем точной мех аники и управления РАН, 410028, Саратов, ул. Рабочая, 24

Поступила в p едакцию 01.03.10 г. После доработки 19.10.10 г.

Экспериментально обнаружено изменение оптического коэффициента пропускания жировой ткани человека в результате фотодинамического воздействия. На основе статистической обработки цифровых микрофотографий тонких образцов ткани количественно оценена кинетика процессов в жировой ткани. П редложен возможный механизм наблюдаемых эффектов -липолиз жировых клеток с сохранием их структуры и отсутствием деструкции.

Ключевые слова: фотодинамическое действие, клетки жировой ткани, статистическая обработка цифровых фотографий.

Фотобиология животной клетки является молодым и активно развивающимся направлением биологии. Одним из объектов ее исследования являются клетки жировой ткани. Фотовоздействие на жировую ткань обсуждено, например, в работах [1-6]. Комбинированному действию температуры и освещения на жировую ткань посвящены работы [7,8]. Подобные исследования представляют интерес как с теоретической точки зрения - изучение механизма светового действия на клетки, в том числе жировые, так и с прикладной - для различного рода медицинских приложений, например, фототермической и фотодинамической терапии.

Цель данной работы - экспериментальное изучение кинетики пр оцессов в сенсибилизиро -ванных красителем клетках жировой ткани in vitro после их фотооблучения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектом исследования служила подкожная жировая ткань человека, извлеченная после хирургической пластической опер ации. Для изготовления тонких срезов жировой ткани толщиной порядка 100-150 мкм (только при таких толщинах представляется возможным ее мик-рофотогр афирование в проходящем свете) ткань предварительно замораживали в течение 1 сут. П р иготовленный образец (срез) заморо -

женной жир овой ткани размещали на предмет -ном стекле микроскопа, окрашивали спирто-водным раствором (1%) бриллиантового зеленого с концентрацией 6 мг/мл в течение 10 мин. Затем образец термостабилизировали в жидкостном термостате ТЖ-ТС-01 (точность поддер жания заданной темпер атуры составляла ± 0,1°С) [9]. Чер ез 30-50 мин, когда темпер атура образца достигала заданного значения (в диапазоне от 37 до 43°С), проводили микрофото-графир ование образца. Далее образец в течение заданного времени облучали светодиодной лампой (Ultra Lume Led 5, W = 70 мВт/см2 при X = 442 нм и W = 121 мВт/см2 при X = 597 нм), которую размещали вплотную к образцу. Диаметр светового пятна составлял 2 мм. Длительность облучения варьировали в пределах 3-15 мин. Эффективность фотодинамического действия обеспечивалась совпадением спектра излучения лампы со спектром поглощения бриллиантового зеленого.

По окончании облучения образцы фотогра -фировали через каждые 5 мин.

Работа цифр овой фотокамер ы поддер жива-лась программой Aver Media EZ СарШге, далее цифровые фотографии клеток передавались на персональный компьютер. Запись файлов изображений осуществлялась в формате BMP. Ста-

115

8*

Рис. 1. Фотография сенсибилизированной жировой ткани при температуре 41°С до ее фотооблучения (обозначены зоны ткани для их статистической обработки).

тистическую обработку результатов пр оводили с помощью программ МаШСаё и 81аЙ81;1са.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В предва рительных экспериментах было показано, что в отсутствие фотовоздействия коэффициент пропускания ткани за время наблюдения не изменялся. Изменения этого коэффициента не наблюдали и при воздействии на обр азец каждого изучаемого фактор а отдельно: только красителя, либо только повышения температуры в диапазоне 37-43°С (время наблюдения 1 ч), либо облучения светодиодной лампой в течение 5 мин при температуре 37°С. Однако комбинированное воздействие на жировые клетки, предварительно фотосенсибили-зированные световым излучением и повышенной температур ой в диапазоне 37-43°С, приводило к видимым изменениям в структуре ткани. П ри этом максимальное изменение оптического коэффициента пр опускания образцов пр оисхо -дило в диапазоне температуры 39-43 °С и длительности облучения в течение 10-15 мин.

Анализ особенностей этого эффекта показал, что срезы жировой ткани не являются монослоями (рис. 1). Оценки показали, что размер ы жировых клеток в среднем составляют

Рис. 2. Фотографии структуры выбранных зон (рис. 1) в зависимости от времени инкубации биоткани.

50-80 мкм, что согласуется с данными, полученными в работе [10].

Фотографии пяти зон исследуемой жировой ткани (рис. 1) при разных временах инкубации приведены на рис. 2; эти зоны выбраны для дальнейшей статистической обработки и анализа. Под тер мином «вр емя инкубации» будем понимать интервал времени от момента окончания фотовоздействия на биообъект до момента фотографирования. Размер каждой зоны на цифровых изображениях составлял 90 х 90 пикселей (пкс), 1 пкс соответствовал примерно 2 мкм. По отдельным кадрам, приведенным на рис. 2, можно проследить пространственно-временные изменения структуры ткани:

- световое облучение сенсибилизированной жировой ткани приводит к изменению ее структуры;

- до 40-60 мин структура жировой ткани изменяется не столь заметно, а затем это изменение становится более существенным;

- после 80 мин изменения структуры жировой ткани замедляются, ткань становится более однородной.

Кинетика изменений коэффициента пропускания жировой ткани после фотодинамического действия. С точки зрения оптики, приведенные микрофотографии зон жировой ткани (рис. 2) можно рассматривать как распр еделение оптической плотности (т.е. оптического коэффициента пропускания Т) сенсибилизированного

биообъекта во времени и пространстве. При этом тр адиционно пр едполагается, что пр еоб -разование аналогового светового сигнала в цифр овой код о существляется линейным обр а -зом. Такой подход, естественно, сужает динамические пределы регистрируемых световых потоков. Поэтому мы пр едвар ительно снимали аналог световой характеристики фотокамеры В(Т), ко-тор ая включала в себя линейную часть (пр еделы изменения яр кости В от 1 до 130 единиц), а также кривую, соответствующую эффекту насыщения (В от 130 до 256 единиц яр кости). Эта характеристика аппроксимировалась полиномом третьей степени вида: В = -2,39 + 361Т + 37,75Т2 - 142,9Т3, где Т - коэффициент пр о -пускания нейтральных светофильтров, использованных для изменения величины светового потока. П р и этом световой поток о светитель-ной лампы микр о скопа подбир ался таким, чтобы в отсутствие светофильтр ов (Т = 100%) величина яр кости со ставляла: В = 256. Компьютер ное пр еобр азование найденной аппр окси-мации В(Т) в зависимость Т(В) позволяет установить калибр овочную кр ивую, по котор ой каждому измер енному значению яр кости В можно поставить в соответствие коэффициент пр опускания биообъекта Т. Е стественно, учитывая спектр поглощения бриллиантового зеленого, измер ения коэффициентов пр опускания нейтр альных светофильтр ов пр оводили вблизи максимума поглощения кр а сителя (к = 597 нм). Такой подход пр едставляется вполне коррект -ным, и в то же вр емя он позволяет расшир ить динамический диапазон регистр ируемых световых потоков. Все последующие расчеты пр оводили с учетом найденной калибр овочной кр ивой, аппр оксимир ованной полиномом Т = -0,01574 + 0,00478В - 2,6-10-5 В2 + 8,910-8 В3.

Из рис. 2 видно, что в анализир уемы х зонах с течением вр емени изменяется не только абсолютное значение коэффициента пр опускания Т, но и его пр о стр анственное р аспр еделение. Можно пр едположить, что уср едненное по площади зоны фотокадр а значение Тср несет ин-фо р мацию об интегр альной динамике пр оцес-сов, пр оисходящих в сенсибилизир ованной облученной жир овой ткани. В то же вр емя величина среднего квадратичного отклонения а(Т) от Тср для данной зоны хар актеризует пр о -стр анственное р а спр еделение коэффициента пр опускания, а следовательно, стр уктур у ткани в зоне и ее вр еменное изменение.

Для каждой из пяти выбранных зон (рис. 2) были р ассчитаны значения Тср и а(Т) в за -висимости от вр емени инкубации г (всего 30 пар значений пар аметр ов). В качестве пр имер а на рис. 3 приведены результаты расчетов Тср

Рис. 3. Зависимости ср еднего значения коэффициента пропускания Тср и его отклонения а(Т) от вр емени инкубации биоткани г для 2-й зоны (р ис. 1): темные квадр аты - экспер иментальные значения Тср; сплошная линия - полиномиально аппр оксимир ованные значения Тср(г) = - 1,6-10-5г2 + 0,003г + 0,5; пунктир ные линии - нижняя и верхняя гр аницы зависимости а(Т) от вр емени инкубации (кружки и тр еугольники - соответствующие экспер именталь-ные точки).

и а(Т) для втор ой зоны. Полиномиальная аппр оксимация экспер иментальной зависимо сти Тср(г) имеет вид: Тср(г) = Аг2 + Сг + В, где для второй зоны А = -1,610-5; С = 0,003; В = 0,5.

Значения среднего квадратичного отклонения а(Т) для р азных моментов вр емени г р ас-полагаются симметрично относительно экспериментальных значений Тср, а функция а(Т) показана пунктирными линиями по обе сторо -ны относительно аппроксимации Т (г). Для остальных четырех зон графики и функции Тср и а(Т) от вр емени инкубации г оказались близкими к пр едставленным на рис. 3. Так, значения величин А ср, С ср и В ср по пяти зонам со ставили: 8,4-10-6 пр и аА = -2,4-10-6; С ср = 0,002 пр и аС = 0,0004; В ср = 0,5 пр и аВ = 0,03. Из рис. 3 видно, что:

- пр оцесс, запущенный фотодинамическим действием на жир овую ткань, но сит нелинейный хар актер и пр актически идентичен для различных зон биоткани;

- величина а(Т) в зависимо сти от вр емени инкубации

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком