Свръхбързо фемтосекундно лазерно лъчение за подобряване на фототермална противоракова терапия, базирана на наноматериали: нови стратегии и приложения

Ключова роля за оптимизиране на взаимодействията на светлината с липидни и биологични системи е разбирането в дълбочина на фундаменталните процеси, които протичат, и изясняването на връзките между тях. Облъчването на различни липидни и биологични системи с лазерна светлина може да предизвика промени в свойствата на последните и/или да промени начина на взаимодействието им с добавени системи – наночастици. Тази промяна може да бъде обусловена както от вида, размера, формата и концентрацията на наночастиците, така и от различни параметри на лазерното лъчение като дължина на вълната, продължителност на лазерния импулс, енергия в импулса, плътност на мощността, и не на последно място от времето на експозиция (облъчване) на дадената биологична система. Целта на настоящото проектно предложение е детайлно изследване на взаимодействието на фемтосекундно лазерно лъчение с различни параметри, с липидни и клетъчни системи, самостоятелно и в комбинация с наноматериали. За целта ще бъдат използвани златни наноматериали с различни форми и наноматериали на основата на графенов оксид с различен химичен състав, ще се варират параметрите на облъчване с фемтосекунден лазер, и ще бъдат изследвани промените във виталността и морфологията на раковите клетки, вида клетъчна смърт и механизмите, по които протичат, както и физикохимичните свойства на липидните системи. За по-задълбоченото разбиране на процесите на взаимодействие на светлината с изследваните моделни липиди и клетъчни системи ще бъде търсена корелация между параметрите на лазерното облъчване с вида, формата, концентрацията и повърхностните свойства на наноматериалите. Ще бъдат определени оптималните параметри на синергичното третиране на липидни и клетъчни системи с лазер и наноматериали за индуциране на подходящ клетъчен отговор с потенциално приложение във фототермалната противоракова терапия. За постигането на тази цел първоначално ще бъде разработена лазерна установка с пренастройваем в спектралния диапазон 300 – 2500 nm, източник на лазерно лъчение, който ще даде възможност да се варират параметри на фемтосекундното лазерно лъчение в много широк диапазон. На базата на получените данни ще се оптимизират параметрите на облъчване на липозоми и ракови клетки със свръхбърз фемтосекунден лазер, така че да се подобри ефективността на третирането, и това да бъде използвано по-нататък в клиничната транслация на метода при онкозаболяванията. Идеята е продиктувана от стремежа за намиране на нови приложения на лазерите в област от обществено значение като здравеопазването. Получените нови знания за ефекта на различните параметри на лазерното лъчение (дължина на вълната, плътност на мощността, продължителност на лазерния импулс) в комбинация с различни наноматериали върху туморни и нормални клетки, свързани с потенциално приложение в биомедицинските изследвания, съответстват на Стратегията за иновации за интелигентна специализация (ИСИС), където ясно са формулирани приоритетите за борба със социално значими заболявания в т.ч. рак.

Партньорство с Институт по биофизика и биомедицинско инженерство, БАН