В настоящее время наряду со многими, уже ставшими традиционными, методами лечения, такими как хирургия, химиотерапия, фотодинамическая терапия, лучевая терапия и т. д. все большее внимание привлекают методы, основанные на использовании современных нанотехнологий и, в частности, лазерная плазмонно-резонансная фототермическая терапия (ПФТТ). Действие ПФТТ основано на накоплении плазмонно-резонансных наночастиц в тканях опухоли и локальном нагреве их с помощью лазерного облучения с соответствующей длиной волны, что позволяет снизить дозу лазерного излучения и уменьшить ущерб, причиняемый окружающим опухоль здоровым тканям.

В данном исследовании в качестве модели использовалась культура клеток рака почки, полученная из банка опухолевых штаммов Российского онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина, перевитая подкожно крысам-самцам альбиносам. Золотые наностержни (ЗНС) с максимумом длины волны поглощения 800 нм вводились внутриопухолево. Облучение проводилось чрескожно с помощью диодного лазера. Измерены оптические свойства отдельных слоёв (капсула, периферия и центральная часть) зрелой опухоли и кожи крыс в спектральном диапазоне 350-2200 нм, и с помощью метода инверсного добавления-удвоения рассчитаны коэффициенты поглощения, рассеяния, анизотропии рассеяния и транспортный коэффициент рассеяния. Моделирование распространения фотонов в коже и опухоли до и после введения суспензии ЗНС, проводилось методом Монте-Карло и использовалось для оценки поглощения лазерной энергии в опухоли. Получены результаты численного моделирования распределения тепла в опухоли и окружающих тканях. Результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментально измеренной кинетикой температуры поверхности кожи над опухолью в процессе проведения ПФТТ. Экспериментально изучены изменения оптических свойств исследуемых биотканей в результате проведения ПФТТ.

Работа поддержана грантом РФФИ № 20-52-56005.

Currently, along with many already traditional methods of treatment, such as surgery, chemotherapy, photodynamic therapy, radiation therapy, etc., methods based on the use of modern nanotechnology and, in particular, laser plasmon resonance photothermal therapy (PPTT) are attracting increasing attention. The effect of PPTT is based on the accumulation of plasmon resonance nanoparticles in tumor tissues and their local heating by laser irradiation with the appropriate wavelength, which allows to reduce the dose of laser radiation and reduce the damage to healthy tissues surrounding the tumor.

In this study, a kidney cancer cell culture obtained from the bank of tumor strains of the N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center, transplanted subcutaneously to male albino rats, was used as a model. Gold nanorods (GNRs) with a maximum absorption wavelength of 800 nm were injected intratumorally. The irradiation was carried out percutaneously using a diode laser. The optical properties of separate layers (capsule, periphery and central part) of mature tumor and rat skin in the spectral range of 350-2200 nm were measured, and the absorption, scattering, scattering anisotropy and reduced scattering coefficients were calculated by using the inverse adding-doubling method. The simulation of photon propagation in the skin and tumor before and after the introduction of a suspension of GNRs was carried out by the Monte Carlo method and used to assess the absorption of laser energy in the tumor. The results of numerical simulation of heat distribution in the tumor and surrounding tissues are obtained. The simulation results correlate well with the experimentally measured kinetics of the skin surface temperature over the tumor during PPTT. Changes in the optical properties of the studied biological tissues as a result of PPTT have been experimentally studied.

The work was supported by RFBR grant No. 20-52-56005.