Исследование эффектов фотобиомодуляции фиолетово-синим и красным светом в условиях экспериментального онкогенеза

До сих пор остается открытым вопрос о границах медицинского применения низкоинтенсивного электромагнитного излучения оптического диапазона при опухолевом росте в связи с риском усиления пролиферации опухолевых клеток. Условия, при которых происходит стимулирование опухолевого процесса, а также механизмы фотобиомодуляции при онкологической патологии остаются неясными.

Цель исследования - in vitro оценка и сравнение действия низкоинтенсивного электромагнитного излучения с длинами волн 400, 460 и 660 нм на активность свободнорадикальных процессов в опухолевой ткани и крови в норме и в условиях роста экспериментальной неоплазии.

Исследование проведено на биологическом материале, полученном от белых нелинейных крыс интактных и с подкожно трансплантированным холангиоцеллюлярным раком РС-1. Источниками низкоинтенсивного излучения с длинами волн 400, 460 и 660 нм служили светодиодные генераторы. Исследованы содержание гемоглобина, активность супероксиддисмутазы и каталазы, изменение общего уровня свободнорадикальных процессов и антиоксидантной активности методом индуцированной хемилюминесценции, повреждение ДНК - методом ДНК-комет. Анализ данных проводился с использованием методов непараметрической статистики. Обнаружено разнонаправленное действие излучения с длинами волн 400, 460 и 660 нм на показатели свободнорадикального гомеостаза на ранних и поздних стадиях роста опухоли, а также зависимость биологических эффектов от длины волны излучения. Полученные результаты позволяют сделать ряд предположений о механизмах действия исследуемых электромагнитных волн при опухолевом росте, модулирующих свободнорадикальные процессы в организме опухоленосителя.

1. Dagenais G.R., Leong D.P., Rangarajan S. et al. Variations in common diseases, hospital admissions, and deaths in middle-aged adults in 21 countries from five continents (PURE): a prospective cohort study. The Lancet. 2019; 395(10225): 785–94. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(19)32007-0

2. Gudkova O.Yu., Gapeyev A.B., Chemeris N.K. et al. Study of the mechanisms of formation of reactive oxygen species in aqueous solutions exposed to high-peak-power pulsed electromagnetic radiation of extremely high frequencies. Biophysics. 2005; 50(5): 679–84.

3. Gapeyev A.B., Lukyanova N.A., Gudkov S.V. Hydrogen peroxide induced by modulated electromagnetic radiation protects the cells from DNA damage. Cent. Eur. J. Biol. 2014; 9(10): 915–21. https://doi.org/10.2478/s11535-014-0326-x

4. Hamblin M.R., Nelson S.T., Strahan J.R. Photobiomodulation and Cancer: What Is the Truth? Photomed. Laser. Surg. 2018; 36(5): 241–5. https://doi.org/10.1089/pho.2017.4401

5. Минаев В.П., Жилин К.М. Современные лазерные аппараты для хирургии и силовой терапии на основе полупроводниковых и волоконных лазеров: рекомендации по выбору и применению. М.: Издатель И.В.Балабанов; 2009.

6. Zalesskaya G.A. The efficiency of blood fhotomodification with therapeutic doses of optical radiation of different wavelengths. Biophysics. 2017; 62(3): 490–8. https://doi.org/10.1134/S0006350917030265

7. Dzhagarov B.M., Lepeshkevich S.V., Panarin A.Y. et al. Photoinduced Breaking of the Fe-O2 Bond in Hemoglobin: Dissociation Quantum Yield, Excited Electronic States, and Nonradiative Relaxation Processes. Optics and Spectroscopy. 2018; 125(1): 123–29. https://doi.org/10.1134/S0030400X1807007X

8. Кулакова К.В., Щербатюк Т.Г., Чернов В.В. Деструкция клеток лимфосаркомы Плисса после воздействия на нее низкоинтенсивным лазерным излучением в диапазоне синего света. Биомедицина. 2012; (2): 68–74.

9. Арутюнян А.В., Дубинина Е.Е., Зыбина Н.Н. Методы оценки свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы организма. СПб.: ООО "Издательство Фолиант"; 2000.

10. Chernigina I.A., Shcherbatyuk T.G. A New Version of Comet Assay. Sovremennye tehnologii v medicine. 2016; 8(1): 20-7. https://doi.org/10.17691/stm2016.8.1.03

11. Созарукова М.М., Проскурнина Е.В., Владимиров Ю.А. Сывороточный альбумин как источник и мишень свободных радикалов в патологии. Вестник РГМУ. 2016; (1): 61–7.

12. Брилль Г.Е. Интегральная концепция механизма биологического действия низкоинтенсивного лазерного излучения. Лазерная медицина. 2019; 23(S3): 49.

13. Moesta K.T., Ebert B., Handke T. et al. Protoporphyrin IX Occurs Naturally in Colorectal Cancers and Their Metastases. Cancer Res. 2001; 61: 991-9.

14. Shumaev K.B., Kosmachevskaya O.V., Topunov A.F. et al. Dinitrosyl iron complexes bind with hemoglobin as markers of oxidative stress. Methods in Enzymology. 2008; 436: 445-61.

15. Sybirna N.O., Lyuta M.Ya., Klymyshyn N.I. Molecular mechanisms of nitric oxide deposition in erythrocytes. Studia Biologica. 2010; 4(1): 143–60. https://doi.org/10.30970/sbi.0401.080 (in Ukrainian)

16. Поцелуева М.М., Наумов А.А., Куприянова Е.С. Динамика метаболитов оксида азота в плазме и асцитической жидкости при развитии гепатомы Зайделя in vivo. Цитология. 2015; 57(6): 436–442.

17. Artyukhov V.G., Basharina O.V., Pantak A.A. et al. Effect of helium-neon laser on activity and optical properties of catalase. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2000; 129(6): 537–40. https://doi.org/10.1007/BF02434869

18. Plavskii V.Y., Mikulich A.V., Leusenko I.A. et al. Spectral Range Optimization to Enhance the Effectiveness of Phototherapy for Neonatal Hyperbilirubinemia. Journal of Applied Spectroscopy. 2017; 84(1): 92–102. https://doi.org/10.1007/s10812-017-0433-3

19. Dudnik L.B., Azyzova O.A., Solovyova N.P. et al. Primary biliary cirrhosis and coronary atherosclerosis: protective antioxidant effect of bilirubin. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2008; 145(1): 18-22. https://doi.org/10.1007/s10517-008-0019-4

20. Осипов А.Н., Борисенко Г.Г., Владимиров Ю.А. Биологическая роль нитрозильных комплексов гемопротеинов. Успехи биологической химии. 2007; 47: 259-92.

21. Khaydukov E.V., Mironova K.E., Semchishen V.A. et al. Riboflavin photoactivation by upconversion nanoparticles for cancer treatment. Sci. Rep. 2016; 6: 35103. https://doi.org/10.1038/srep35103