А.В. Беликов1, А.Д. Козлова2, Ю.В. Федорова3, С.Н. Смирнов4

1,3,4 Университет ИТМО (Санкт-Петербург, Россия)

1 Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова (Санкт-Петербург, Россия)

2 Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского (Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. На сегодняшний день грибковое поражение ногтей - онихомикоз является распространенной патологией ногтевой пластины человека. Низкая эффективность существующих методов лечения онихомикоза обуславливает разработку новых лекарственных средств и технологий их доставки под ногтевую пластину.

Цель. Провести исследование возможности использования излучения Er:YLF-лазера для последовательной лазерной микропорации ногтевой пластины человека и активной лазерной доставки под нее современных фотодинамических препаратов и цинксодержащих наноматериалов, а также определить их антимикотическую активность в отношении гриба Candida albicans при фотодинамическом воздействии с длиной волны 656±10 нм.

Результаты. Проведено сравнительное исследование 0,001 %-ного водного раствора метиленового синего и хлоринсодержащего геля «Revixan», а также цинксодержащих наноматериалов, представляющих собой водные растворы поливинилпирролидонового геля с различными концентрациями наночастиц Zn(NO3)2 и кислотностью. Установлено, что наименьшее число лазерных импульсов, необходимое для in vitro микропорации ногтевой пластины и активной лазерной доставки под ногтевую пластину, требуется при использовании 0,001 %-ного водного раствора метиленового синего, а наибольшее – при применении геля «Revixan». Показано, что для цинксодержащих наноматериалов увеличение концентрации наночастиц Zn(NO3)2 с 14 до 40 % приводит к увеличению числа лазерных импульсов, требуемого для активной доставки препарата под ногтевую пластину, в 1,25 раза, тогда как изменение кислотности геля pH с 7,0 до 6,7 не оказывает на это значительного влияния. Выявлено, что все исследуемые препараты в сочетании с фотодинамическим воздействием на длине волны 656±10 нм оказывают антимикотическое действие на культуру гриба Candida albicans. При этом минимальная скорость роста колоний этого гриба наблюдается при использовании геля «Revixan», а антимикотическая активность достигает 73,8 %.

Практическая значимость. Представленные результаты исследования могут быть применены при разработке лазерных систем и технологий лечения грибковых заболеваний, в том числе для фотодинамической терапии онихомикоза.

Беликов А.В., Козлова А.Д., Федорова Ю.В., Смирнов С.Н. Исследование активной лазерной доставки и антимикотической активности цинксодержащих наноматериалов и фотодинамических препаратов в лечении онихомикоза // Радиотехника. 2023.
Т. 87. № 8. С. 116-127. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202308-19

1. Rich P., Scher R. K. An atlas of diseases of the nail. CRC Press. 2003.
2. Elewski B.E. Onychomycosis //American journal of clinical dermatology. 2000. V. 1. №. 1. P. 19-26.
3. Кубасова Н.Л. Особенности диагностики и лечения онихомикоза, обусловленного недерматомицетами: Автореф. дис. … канд. мед. наук: 03.02.12. СПб. 2015 121 с.
4. Сергеев А.Ю., Сергеев Ю.В. Грибковые инфекции // Руководство для врачей. 2003. Т. 2.
5. Faergerman J., Baran R. Epidemiology, clinical presentation and diagnosis of onychomycosis // British Association of Dermatologist. 2003. V. 149. № 65. P. 1–4.
6. Сергеев А.Ю., Сергеев Ю.В., Сергеев В.Ю. Новые концепции патогенеза, диагностики и терапии онихомикозов // Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2007. Т. 3. С. 9-16.
7. Hochman L.G. Laser treatment of onychomycosis using a novel 0.65-millisecond pulsed Nd: YAG 1064-nm laser // Journal of Cosmetic and Laser Therapy. 2011. V. 13. № 1. P. 2-5.
8. Gupta A.K., Stec N., Summerbell R.C., Shear N.H., Piguet V., Tosti A., Piraccini B.M. Onychomycosis: a review // Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology. 2020. V. 34. № 9. P. 1972-1990.
9. Tsai M.T., Tsai T.Y., Shen S.C., Ng C.Y., Lee Y.J., Lee J.D., Yang C.H. Evaluation of laser-assisted trans-nail drug delivery with optical coherence tomography // Sensors. 2016. V. 16. № 12. P. 2111.
10. Murdan S. Enhancing the nail permeability of topically applied drugs // Expert opinion on drug delivery. 2008. V. 5. № 11.
    P. 1267-1282.
11. Neev J., Nelson J.S., Critelli M., McCullough J.L., Cheung E., Carrasco W.A., Rubenchik A.M., Da Silva L.B., Perry M.D., Stuart B.C. Ablation of human nail by pulsed lasers // Lasers in Surgery and Medicine: The Official Journal of the American Society for Laser Medicine and Surgery. 1997. V. 21. № 2. P. 186-192.
12. Bendit E.G. Infrared absorption spectrum of keratin. I. Spectra of α‐, β‐, and supercontracted keratin //Biopolymers: Original Research on Biomolecules. 1966. V. 4. № 5. P. 539-559.
13. Morais O.O., Costa I.M.C., Gomes C.M., Shinzato D.H., Ayres G.M.C., Cardoso R.M. The use of the Er: YAG 2940 nm laser associated with amorolfine lacquer in the treatment of onychomycosis //Anais brasileiros de dermatologia. 2013. V. 88.
    P. 847-849.
14. Belikov A.V., Tavalinskaya A.D., Smirnov S.N., Sergeev A.N. Application of Yb, Er: Glass laser radiation for active drug delivery at the treatment of onychomycosis // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. 2019. V. 5. № 1. P. 010305.
15. Belikov A.V., Tavalinskaya A.D., Smirnov S.N., Sergeev A.N. Active Er-laser drug delivery using drug-impregnated gel for treatment of nail diseases // Biomedical Optics Express. 2019. V. 10. № 7. P. 3232-3240.
16. Belikov A.V., Skrypnik A.V., Sergeev A.N., Smirnov S.N., Tavalinskaya A.D. Er: YLF-laser microperforation of the nail plate for drug delivery // Saratov Fall Meeting 2017: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIX. SPIE. 2018. V. 10716.
    P. 234-241.
17. Belikov A.V., Skrypnik A.V., Shatilova K.V., Tuchin V.V. Multi‐beam laser‐induced hydrodynamic shock waves used for delivery of microparticles and liquids in skin // Lasers in surgery and medicine. 2015. Т. 47. № 9. С. 723-736.
18. Doukas A.G., Kollias N. Transdermal drug delivery with a pressure wave // Advanced drug delivery reviews. 2004. V. 56. № 5.
    P. 559-579.
19. Thomsen S. Pathologic analysis of photothermal and photomechanical effects of laser–tissue interactions // Photochemistry and photobiology. 1991. V. 53. № 6. P. 825-835.
20. Патент RU 2224556C2 (РФ), МПК A61М 37/00, A61N 5/06. Устройство для комбинированной лазерной доставки лекарств. / В.П. Жаров; заявитель и патентообладатель В. П. Жаров. №2001135459/14; заявл. 28.12.2001; опубл. 27.02.2004. Бюл. № 1.
21. Belikov A.V., Tavalinskaya A.D., Smirnov S.N. Investigation of the Dual-Stage Method of Active Er:YLF Laser Drug Delivery Through the Nail and Laser-Induced Transformations of the Drug Extinction Spectrum // Lasers in Surgery and Medicine. 2021.
    V. 53. № 8. P. 1122-1131.
22. Souza R.C., Junqueira J.C., Rossoni R.D., Pereira C.A., Munin E., Jorge A.O.C. Comparison of the photodynamic fungicidal efficacy of methylene blue, toluidine blue, malachite green and low-power laser irradiation alone against Candida albicans // Lasers in medical science. 2010. V. 25. № 3. P. 385-389.
23. Shakhova M., Loginova D., Meller A., Sapunov D., Orlinskaya N., Shakhov A., Khilov A., Kirillin M. Photodynamic therapy with chlorin-based photosensitizer at 405 nm: numerical, morphological, and clinical study // Journal of Biomedical Optics. 2018. V. 23. № 9. P. 091412.
24. Evstropiev S.K., Karavaeva A.V., Dukelskii K.V., Kiselev V.M., Evstropyev K.S., Nikonorov N.V., Kolobkova E.V. Transparent bactericidal coatings based on zinc and cerium oxides // Ceramics International. 2017. V. 43. № 16. P. 14504-14510.
25. Raghupathi K., Koodali R.T., Manna A.C.R. Size-dependent bacterial growth inhibition and mechanism of antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles // Langmuir. 2011. V. 27. № 7. P. 4020-4028.
26. Булгакова Н.Н., Шугайлов И.А. Фотодинамическая терапия (обзор литературы) // Инновационная стоматология. 2012. № 1. С. 14-23.
27. Pandey D.K., Tripathi N.N., Tripathi R.D., Dixit S.N. Fungitoxic and phytotoxic properties of the essential oil of Hyptissuaveolens // Journal of Plant Diseases and Protection. 1982. P. 344-349.
28. Belikov A.V., Smirnov S.N., Tavalinskaya A.D. Laser delivery and spectral study of a chlorine-containing drug for the treatment of onychomycosis at sequential laser (λ=2810 nm) and photodynamic (λ=656±10 nm) impact // Optics and spectroscopy. 2021. V. 129. № 7. Р. 754-762.