способ коррекции направленности и динамики биофизических процессов биологических объектов

Формула изобретения

Способ снижения пролиферации и выживаемости клеток неопластических линий, включающий облучение культуры клеток электромагнитным излучением полупроводникового инжекционного генератора, отличающийся тем, что облучение проводят полупроводниковым инжекционным генератором на основе гетероструктуры A₃B₅, причем облучение проводят поляризованным импульсным электромагнитным излучением с вращением вектора электромагнитного излучения в правую сторону, частотой электромагнитного излучения в диапазоне от 30 до 220 ГГц, длиной волн электромагнитного излучения от 1,4 до 10 мм, мощностью электромагнитного излучения от 10 ^-16 до 10^-18 Вт/см² в течение 1-2 мин, затем отключают полупроводниковый инжекционный генератор от импульсного напряжения, поворачивают его на 180° в вертикальной плоскости и выдерживают отключенный полупроводниковый инжекционный генератор над биологическим объектом в течение 7-30 ч, причем электромагнитное излучение проводят активным слоем, который располагают между расположенными с одной стороны двумя выращенными слоями n-типа проводимости и с другой стороны одним выращенным слоем p-типа проводимости, на котором выполняют контактные площадки из драгоценного электропроводного, преимущественно золота или платины, металла, при этом в качестве легирующей примеси n-типа используют Se, Те или Si с концентрацией носителей не менее n _o - 8·10¹⁵ см³, а в качестве легирующей примеси p-типа используют Be, Zn или Cd с концентрацией носителей не менее P₀ - 9·10¹⁸ см ³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к средствам воздействия на биологический объект электромагнитным излучением, и может быть использовано в области медицины, биологии, ветеринарии для проведения волновой терапии путем воздействия модулированного излучения для селективного воздействия на клетки биологических объектов как при физиотерапевтическом воздействии на животного или человека, так и для профилактики или терапии.

Известен способ коррекции направленности и динамики биофизических процессов биологических объектов, включающий облучение биологических объектов электромагнитным излучением от источника электромагнитного излучения, а именно от ахроматического светового излучателя, путем подачи электромагнитного светового потока интракорпорально по световоду (авторское свидетельство SU 1761158, 15.09.1989). Однако данный способ оказывает в основном только физиотерапевтическое воздействие, что сужает область его использования.

Наиболее близким к изобретению является способ коррекции направленности и динамики биофизических процессов биологических объектов, включающий облучение биологических объектов электромагнитным излучением полупроводникового инжекционного генератора (патент RU 2123869, 27.12.1998).

Однако данный способ оказывает в основном только биостимулирующее действие оптического излучения за счет повышения селективности воздействия на биологические объекты, что сужает область его использования в лечебных целях.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является регулирование динамики и направленности биофизических процессов биологических объектов в лечебных целях.

Технический результат заключается в снижении пролиферации клеточных культур неопластической линии человека и животных путем управляемого воздействия на клетки биологического объекта.

Технический результат достигается за счет того, что выполняют облучение биологических объектов электромагнитным излучением полупроводникового инжекционного генератора, при этом облучение проводят полупроводниковым инжекционным генератором на основе гетероструктуры A₃B₅ , облучение проводят поляризованным импульсным электромагнитным излучением с вращением вектора электромагнитного излучения в правую сторону, частотой электромагнитного излучения в диапазоне от 30 до 220 ГГц, длиной волн электромагнитного излучения от 1,4 до 10 мм, мощностью электромагнитного излучения от 10 ^-16 Вт/см² до 10^-18 Вт/см² в течение 1-2 минут, затем отключают полупроводниковый инжекционный генератор от, импульсного напряжения, поворачивают его на 180° в вертикальной плоскости и выдерживают отключенный полупроводниковый инжекционный генератор над биологическим объектом в течение 7-30 часов, причем электромагнитное излучение проводят активным слоем, который располагают между расположенными с одной стороны двумя выращенными слоями n-типа, проводимости и с другой стороны одним выращенным слоем n-типа проводимости, на котором выполняют контактные площадки из драгоценного электропроводного, преимущественно золота или платины, металла, при этом в качестве легирующей примеси n-типа используют Se, Те или Si с концентрацией носителей не менее n_o - 8·10¹⁵ см³, а в качестве легирующей примеси -типа используют - Be, Zn или Cd с концентрацией носителей не менее P_o - 9·10¹⁸ см³ .

В ходе проведенных исследований было выявлено, что разработанный нами полупроводниковый инжекционный генератор оказывает угнетающее воздействие на неопластические клетки.

Оказываемое воздействие обусловлено изменением динамики и направленности процессов метаболизма, пролиферации и структуры клеток, их выживаемости. Указанные эффекты обеспечиваются использованием в качестве легирующей примеси n-типа Se, Те, Si с концентрацией носителей не менее n_o - 8·10¹⁵ см ³, а в качестве легирующей примеси -типа - Be, Zn, Cd с концентрацией носителей не менее P _o - 9·10¹⁸ см³ в сочетании с выполнением активного слоя на основе InP, который находится между расположенными с одной стороны двумя выращенными слоями n-типа проводимости и с другой стороны одним выращенным слоем p-типа проводимости.

Кроме того, нами выявлено, что угнетающее действие на опухолевые клетки обусловлено поляризованным импульсным электромагнитным излучением с вращением вектора электромагнитного излучения в правую сторону, что основано на несовпадении (в случае подавления, угнетения) частотно-поляризационных параметров биологического объекта и низкоинтенсивного электромагнитного излучения устройства.

Поскольку данный генератор выполнен на основе гетероструктуры A₃B₅, он позволяет не только получить генерирование электромагнитного излучения с возможностью управляемого изменения частоты электромагнитного излучения, но и получить фоновое излучение. Сочетание подобных качеств позволяет использовать описанный генератор для коррекции различных биофизических процессов, как в режиме активного генерирования электромагнитного излучения, так и в пассивном режиме фонового излучения. При этом комплексное использование обоих режимов позволяет получить наибольший эффект от их совместного применения.

На рис.1 схематически представлен разрез полупроводникового инжекционного генератора на основе гетероструктуры A₃B₅, с помощью которого осуществляют способ коррекции направленности и динамики биофизических процессов биологических объектов.

Полупроводниковый инжекционный генератор на основе гетероструктуры A₃ B₅, содержит активный слой (1) на основе InP, при этом активный слой (1) находится между расположенными с одной стороны двумя выращенными слоями n-типа проводимости (2) и с другой стороны одним выращенным слоем p-типа проводимости (3), на котором выполнены контактные площадки (4) из драгоценного электропроводного металла, преимущественно, золота или платины. В качестве легирующей примеси n-типа могут быть применены Se, Те, Si с концентрацией носителей не менее n_o - 8·10 ¹⁵ см³, а в качестве легирующей примеси p-типа могут быть применены - Be, Zn, Cd с концентрацией носителей не менее P_o - 9·10¹⁸ см³.

После приложения импульсного напряжения через контактные площадки (4) электрический ток вызывает инжекцию неосновных носителей через p-n-переход в активную область, образованную активным слоем (1). В активной области начинается процесс рекомбинации носителей заряда с испусканием квантов спонтанного излучения.

Поскольку данный генератор выполнен на основе гетероструктуры A₃B₅, он позволяет получить генерирование электромагнитного излучения с возможностью управляемого изменения частоты электромагнитного излучения.

При реализации способа коррекции направленности и динамики биофизических процессов биологических объектов проводят облучение биологических объектов, в частности клеток человека, электромагнитным излучением полупроводникового инжекционного генератора, а именно облучение проводят полупроводниковым инжекционным генератором на основе гетероструктуры A₃ B₅.

Облучение проводят при частоте электромагнитного излучения в диапазоне от 30 до 220 ГГц, длиной волн электромагнитного излучения от 1,4 до 10 мм, мощностью электромагнитного излучения от 10^-16 Вт/см² до 10^-18 Вт/см².

В Нижегородской государственной медицинской академии министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации были проведены исследования влияния облучения онкологических клеток излучением полупроводникового инжекционного генератора на основе гетероструктуры A₃ B₅.

При проведении исследований использовали культуры клеток нормальной и неопластической линий. Это нормальная культура клеток печени человека (Chang liver) и аденокацинома печени человека (SK-HEP-1), нормальная культура клеток эпителия молочной железы человека (HBL-100) и аденокарцинома молочной железы человека (ВТ-20).

Статистическая обработка результатов исследования проводилась с помощью статистических программных пакетов "Stastica 6.0". Результаты представлялись в виде M, SD, Me, SEM, где M - среднее арифмитическое, SD стандартное отклонение, SEM-стандартная ошибка. Степень достоверности (p) между контрольной и опытными группами определяли параметрическими методами статистики, при этом проводили однофакторный дисперсионный анализ, вычисляли критерий Стьюдента для нормального распределения в выборке, для непараметрических данных - точный критерий Фишера. За критерий достоверности была принята величина p<0.05.

Вначале проводили облучение поляризованным импульсным электромагнитным излучением с вращением вектора электромагнитного излучения в правую сторону в течение 1-2 минут, затем отключают полупроводниковый инжекционный генератор от импульсного напряжения, поворачивают его на 180° вертикальной плоскости и выдерживают отключенный полупроводниковый инжекционный генератор над биологическим объектом 7-30 часов. При отключении полупроводникового инжекционного генератора от импульсного напряжения воздействие оказывается хиральным фоновым излучением.

В ходе эксперимента оказывались воздействия электромагнитным излучением (ЭМИ) разработанного нами генератора в следующих режимах:

Режим 4 - воздействие ЭМИ на клеточные культуры нормальной и неопластической линий в течение 7 минут.

Режим 3 - воздействие фоновым излучением, на клеточные культуры нормальной и неопластической линий в течение 1 минуты с последующей экспозицией тех же излучателей на планшетах с клеточными культурами на 24 часа в выключенном состоянии.

Режим 3a - воздействие ЭМИ в режиме 3 на клеточные культуры в течение 1 минуты с последующей экспозицией тех же излучателей на планшетах с клеточными культурами на 24 часа в выключенном состоянии.

Режим 3b - воздействие ЭМИ аппарата «Радамир» модулированным нормальной клеточной культурой той же линии (воздействие в течение 1 минуты с последующей экспозицией тех же излучателей на планшетах с нормальными и неопластическими клеточными культурами на 24 часа в выключенном состоянии.

В ходе проведенного исследования были получены следующие результаты, продемонстрированные на рис.2 (Long-term proliferation assay - пролиферация клеток. Glia rats-культура клеток нормальной глии крыс; Glioma-35 rats-культура клеток глиомы-35 крыс; Chang liver human-культура нормальных клеток печени человека; SK-HEP-1 human-культура аденокарциномы печени человека. 16·10 ³ /лунка-концентрация клеток в лунке при посадке. Cell number (%) - относительное число клеток (%). Radamir treatment modes - режимы воздействия электромагнитным излучением разработанного нами генератора на культуры клеток. [Cisplatin] - используемые концентрации цисплатина):

1. Воздействие ЭМИ разработанного нами генератора с минимальной экспозицией на культуры клеток неопластической линии человека (ВТ-20 и SK-HEP-1) приводило к достоверному снижению клеточной пролиферации и способности клеток к выживаемости.

2. Угнетение пролиферации и снижение способности к выживаемости в результате воздействия ЭМИ было более выражено в культуре клеток неопластической линии (ВТ-20 и SK-HEP-1), чем в культуре клеток нормальной линии (HBL-100, Chang liver человека).

3. Воздействие фоновым излучением с минимальной экспозицией на культуры клеток нормальной линии человека (HBL-100, Chang liver) и неопластической линии человека (ВТ-20 и SK-HEP-1) приводило к достоверному снижению клеточной пролиферации и способности клеток к выживаемости.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в медицине и ветеринарии, а также других областях, где есть потребность изменения динамики и направленности протекания биофизических процессов в биологических объектах.