Проекты

Подбор оптимального флюорофора для использования в нейрохирургии с флуоресцентной интраоперационной визуализацией

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная химия, физическая химия» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Биоорганическая химия
Авторы работы: ГБОУ Школа им. А. Боровика
Предметы: Биология, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Рак – очень опасная и мучительная болезнь. Одной из самых сложных для лечения локализаций, где возникает рак, является головной мозг. Основным методом лечения является хирургическое удаление опухоли. При операции хирурги, удаляя опухолевые ткани, руководствуются только своими знаниями, зрением и даже интуицией, так как невооружённым взглядом очень сложно отличить опухолевую ткань от здоровой. Иногда это приводит к неполному удалению опухоли (и тогда возникает риск рецидива) или к повреждениям здоровой части мозга, что приводит к множеству послеоперационных осложнений и даже может повлечь за собой смерть больного.

Именно поэтому активно развивается метод флуоресцентной интраоперационной навигации в нейрохирургии. Специальное вещество флюорофор вводится в организм человека, проникает в мозг и накапливается в опухоли. После этого при облучении операционной области светом с определённой длинной волны хирург может увидеть ответное свечение флюорофора и таким образом чётко определить границу опухоли.

Цель

Создание оптимального флюорофора на основе свойств уже существующих и применяющихся.

Задачи

1. Изучение литературы о флюорофорах.

2. Изучение физико-химических основ флюоресценции.

3. Изучение, сравнение различных флюорофоров, применяемых в нейрохирургии.

4. Выявление наиболее подходящих качеств для флюорофора.

5. Синтез биосовместимого вещества, имеющего флуоресцентные свойства.

6. Исследование свойств флюорофора.

7. Анализ результатов.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Спектрофлуориметр (Флюорат-02 ПАНОРАМА)
  • Спектрофотометр (Ultrospec 2100 Pro)
  • Весы электронные аналитические «Sartorius» с точностью взвешивания до 0,0001 г
  • Роторный испаритель (IKA)
  • Масс-спектрометр (UNIKO 2100)

Описание

Экспериментальная часть работы.

1) Пробподготовка к анализу.

Автором были взвешены на электронных аналитических весах 5 мг каждого из используемых реагентов. Затем вещества были растворены: к флуоресцеину был добавлен гидроксид натрия. Индоцианиновый зелёный был растворён в воде. Тетрафенилпорфирин был растворён в хлороформе.


2) Регистрация спектров поглощения.

Были зарегистрированы спектры поглощения с помощью спектрофотометра после предварительной калибровки прибора и регистрации базовой линии.

3) Регистрация спектров флуоресценции.

Подготовив спектрофлуориметр, автор зарегистрировал спектры флуоресценции веществ. Спектры ТФП, ICG и Флуоресцеина.

4) Таблица сравнения свойств флюорофоров.

На основе изученных свойств и данных из литературы была составлена таблица необходимых идеальному флуорофору свойств. Исходя из исследования, идеальный флуорофор должен обладать следующими свойствами: хорошей растворимостью в воде, биосовместимостью, флуоресцентными свойствами и устойчивостью. Поэтому за основу структуры нового флуорофора был взят бактериопурпурин − природное вещество с флуоресцентными свойствами.

5) Синтез нового флюорофора и снятие спектров.

Для этого была проведена реакция бактериопурпурина с О - (карбоксиметил) гидроксиламин гемигидрохлоридом, проходящая в пиридине. В ходе реакции наблюдалось заметное изменение цвета раствора. После прохождения реакции проводили экстракцию с последующим удалением растворителя, чтобы выделить целевое вещество. Далее к полученному веществу был добавлен гидроксид натрия. Автором было получено водорастворимое вещество.

Были сняты спектры поглощения и флуоресценции. Было выявлено, что синтезированное вещество излучает свет на двух различных длинах волн.

6) Подтверждение структуры вещества.

Автором была определена структура вещества с помощью метода ЯМР-спектроскопии. Был использован ЯМР-спектрометр MALDI tof.

Результаты работы / выводы

Была изучена литература о нейрохирургии, флуоресцентной интраоперационной навигации, флюорофорах и их свойствах.

Свойства трёх наиболее используемых флюорофоров были изучены.

Были проанализированы спектры поглощения и флуоресценции применяемых в клинике флюорофоров.

Были выявлены характеристики, необходимые идеальному флюорофору.

Был синтезирован новый флюорофор 3-натриевая соль 3-карбокси производного бактериопурпурина.

Были изучены его физико-химические и спектральные свойства.

Перспективы использования результатов работы

Свойства синтезированного вещества будут изучаться и совершенствоваться, что может привести в будущем к использованию флюорофа в нейрохирургии для помощи хирургам в проведении успешных операций и увеличения процента выздоровевших пациентов.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Детский технопарк «Альтаир» РТУ МИРЭА