Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2024, выпуск 3 » Статья стр. 515
<<<
Молекулярное моделирование и ОКТ мониторинг оптического просветления кожи человека
Российский научный фонд, 23-14-00287
Березин К.В. 1, Грабарчук Е.В. 2, Лихтер А.М.2, Дворецкий К.Н. 3, Сурков Ю.И. 1,4, Тучин В.В. 1,4
1Институт физики, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия
2Астраханский государственный университет им. В.Н. Татищева, Астрахань, Россия
3Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского Министерства здравоохранения РФ, Саратов, Россия
4Научный медицинский центр, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия
Email: berezinkv@yandex.ru, likhter@bk.ru, dcn@yandex.ru, surkov9898@gmail.com, tuchinvv@mail.ru
Поступила в редакцию: 31 декабря 2023 г.
В окончательной редакции: 31 декабря 2023 г.
Принята к печати: 31 декабря 2023 г.
Выставление онлайн: 29 февраля 2024 г.
PDF версия
С использованием оптического когерентного томографа получены результаты иммерсионного оптического просветления кожи человека in vivo с использованием в качестве просветляющего агента водного раствора глюкозамина гидрохлорида. Для оценки эффективности оптического просветления определяли величину скорости снижения коэффициента светорассеяния, полученную с помощью усредненного А-скана - изображения томографа в области дермы на глубине от 350 до 700 μm. Проведено комплексное молекулярное моделирование, которое включает в себя методы классической молекулярной динамики и методы квантовой химии HF/STO3G/DFT/B3LYP/6-311G(d) межмолекулярного взаимодействия ряда просветляющих агентов, относящихся к амино и иминосахарам (глюкозамин, галактозамин, 1-дезоксинодиримицин) с фрагментом коллагенового пептида (GPH)3. Установлены корреляции между эффективностью оптического просветления и такими теоретическими параметрами как среднее число водородных связей, образовавшихся между просветляющими агентами и фрагментом коллагенового пептида (GPH)3 и энергией межмолекулярного взаимодействия просветляющих агентов с этим же пептидом. С помощью построенной корреляции предсказаны значения эффективности оптического просветления для молекул глюкозамина, галактозамина и 1-дезоксинодиримицина. Ключевые слова: молекулярное моделирование, оптическое просветление кожи человека, водородные связи, молекулярная динамика, квантовая химия, аминосахара.
  1. V.V. Tuchin. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnostics, 3rd ed. (PM 254, SPIE Press, Bellingham, WA, 2015), p. 988
  2. H. Jonasson, I. Fredriksson, S. Bergstrand, C.J. Ostgren, M. Larsson, T. Stromberg. J. Biomed. Opt., 23 (12), 121608 (2018). DOI: 10.1117/1.JBO.23.12.121608
  3. V.V. Tuchin, D. Zhu, E.A. Genina (eds.) Handbook of Tissue Optical Clearing: New Prospects in Optical Imaging (Taylor \& Francis Group LLC, CRC Press, Boca Raton, FL, 2022), p. 688
  4. J.M. Hirshburg. Chemical Agent Induced Reduction of Skin Light Scattering: Doctoral Dissertation (Texas A\&M University, 2009), p. 119
  5. D. Zhu, K.V. Larin, Q. Luo, V.V. Tuchin. Laser Photon. Rev., 7 (5), 732 (2013). DOI: 10.1002/lpor.201200056
  6. A.N. Bashkatov, K.V. Berezin, K.N. Dvoretskiy, M.L. Chernavina, E.A. Genina, V.D. Genin, V.I. Kochubey, E.N. Lazareva, A.B. Pravdin, M.E. Shvachkina, P.A. Timoshina, D.K. Tuchina, D.D. Yakovlev, D.A. Yakovlev, I.Yu. Yanina, O.S. Zhernovaya, V.V. Tuchin. J. Biomed. Opt., 23 (9), 091416 (2018). DOI: 10.1117/1.JBO.23.9.091416
  7. L. Oliveira, V.V. Tuchin. The Optical Clearing Method: A New Tool for Clinical Practice and Biomedical Engineering (Springer Nature Switzerland AG, Basel, 2019), p. 188. DOI: 10.1007/978-3-030-33055-2
  8. I. Costantini, R. Cicchi, L. Silvestri, F. Vanzi, F.S. Pavone. Biomed. Optics Express, 10 (10), 5251 (2019). DOI: 10.1364/boe.10.005251
  9. P. Matryba, L. Kaczmarek, J. Goab. Laser Photon. Rev., 13 (8), 1800292 (2019). DOI: 10.1002/lpor.201800292
  10. T. Yu, J. Zhu, D. Li, D. Zhu. Science, 24 (3), 102178 (2021). DOI: 10.1016/j.isci.2021.102178
  11. I.S. Martins, H.F. Silva, E.N. Lazareva, N.V. Chernomyrdin, K.I. Zaytsev, L.M. Oliveira, V.V. Tuchin. Biomed. Optics Express, 14 (1), 249 (2023). DOI: 10.1364/BOE.479320
  12. E.C. Cheshire, R.D.G. Malcomson, S. Joseph, A. Adnan, D. Adlam, G.N. Rutty. Int. J. Legal Med., 131, 1377 (2017). https://doi.org/10.1007/s00414-017-1570-1
  13. T. Yu, J. Zhu, Y. Li, Y. Ma, J. Wang, X. Cheng, S. Jin, Q. Sun, X. Li, H. Gong, Q. Luo, F. Xu, S. Zhao, D. Zhu. Sci. Rep., 8, 1964 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-20306-3
  14. X. Wen, S.L. Jacques, V.V. Tuchin, D. Zhu. J. Biomed. Opt., 17 (6), 066022 (2012). DOI: 10.1117/1.JBO.17.6.066022
  15. A.N. Bashkatov, E.A. Genina, V.V. Tuchin. In: Handbook of Optical Sensing of Glucose in Biological Fluids and Tissues, ed. by V.V. Tuchin (Taylor \& Francis Group LLC, CRC Press, 2009), p. 587
  16. К.В. Ларин, В.В. Тучин. Квантовая электроника, 38 (6), 551 (2008). [K.V. Larin, V.V. Tuchin. Quant. Electron., 38 (6), 551 (2008). DOI: 10.1070/QE2008v038n06ABEH013850]
  17. D.K. Tuchina, R. Shi, A.N. Bashkatov, E.A. Genina, D. Zhu, Q. Luo, V.V. Tuchin. J. Biophotonics, 8 (4), 332 (2015). DOI: 10.1002/jbio.201400138
  18. V. Hovhannisyan, P.-S. Hu, S.-J. Chen, C.-S. Kim, C.-Y. Dong. J. Biomed. Opt., 18 (4), 046004 (2013). DOI: 10.1117/1.JBO.18.4.046004
  19. A.Yu. Sdobnov, M.E. Darvin, E.A. Genina, A.N. Bashkatov, J. Lademann, V.V. Tuchin. Spectrochimi. Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 197, 216 (2018). DOI: 10.1016/j.saa.2018.01.085
  20. T. Yu, X. Wen, V.V. Tuchin, Q. Luo, D. Zhu. J. Biomed. Opt., 16 (9), 095002 (2011). DOI: 10.1117/1.3621515
  21. A.T. Yeh, B. Choi, J.S. Nelson, B.J. Tromberg. J. Investigative Dermatology, 121 (6), 1332 (2003). DOI:10.1046/j.1523-1747.2003.12634.x
  22. X. Wen, Z. Mao, Z. Han, V.V. Tuchin, D. Zhu. J. Biophoton., 3 (1-2), 44 (2010). DOI: 10.1002/jbio.200910080
  23. A.Yu. Sdobnov, M.E. Darvin, J. Schleusener, J. Lademann, V.V. Tuchin. J. Biophoton., 12 (5), e201800283 (2019). DOI: 10.1002/jbio.201800283
  24. K.V. Berezin, K.N. Dvoretski, M.L. Chernavina, A.M. Likhter, V.V. Smirnov, I.T. Shagautdinova, E.M. Antonova, E.Yu. Stepanovich, E.A. Dzhalmuhambetova, V.V. Tuchin. J. Mol. Modeling., 24 (2), 45 (2018). DOI: 10.1007/s00894-018-3584-0
  25. K.V. Berezin, E.V. Grabarchuk, A.M. Likhter, K.N. Dvoretskiy, V.V. Tuchin. J. Biophoton., e202300354 (2023). DOI: 10.1002/jbio.202300354
  26. К.В. Березин, К.Н. Дворецкий, В.В. Нечаев, А.В. Новоселова, А.М. Лихтер, И.Т. Шагаутдинова, Е.В. Грабарчук, В.В. Тучин. Опт. и спектр., 129 (6), 677 (2021). DOI: 10.21883/OS.2021.06.50977.8k-21 [K.V. Berezin, K.N. Dvoretskii, V.V. Nechaev, A.V. Novoselova, A.M. Likhter, I.T. Shagautdinova, E.V. Grabarchuk, V.V. Tuchin. Opt. Spectr., 129 (7), 763 (2021). DOI: 10.1134/S0030400X21060035]
  27. К.В. Березин, К.Н. Дворецкий, М.Л. Чернавина, В.В. Нечаев, А.М. Лихтер, И.Т. Шагаутдинова, E.M. Aнтонова, В.В. Тучин. Опт. и спектр., 127 (8), 329 (2019). DOI: 10.21883/OS.2019.08.48051.29 [K.V. Berezin, K.N. Dvoretskii, M.L. Chernavina, V.V. Nechaev, A.M. Likhter, I.T. Shagautdinova, E.M. Antonova, V.V. Tuchin. Opt. Spectr., 127 (2), 352 (2019). DOI: 10.1134/S0030400X19080071]
  28. W.W. Pigman, D. Horton, J.D. Wander. The Carbohydrates (Academic Press., NY., 1980), p. 727--728. ISBN: 9780125563512
  29. MedlinePlus, US National Library of Medicine. https://medlineplus.gov/druginfo/natural/807.html
  30. The DailyMed database [Electronic resource]. URL: https://dailymed.nlm.nih.gov/dailymed/fda/fdaDrugXsl.cfm? setid=442aed6e-6242-4a96-90aa-d988b62d55e8\&type= display
  31. D.J. Faber, F.J. van der Meer, M.C.G. Aalders, T.G. van Leeuwen. Opt. Express, 12 (19), 4353 (2004). DOI: 10.1364/OPEX.12.004353
  32. P. Lee, W. Gao, X. Zhang. Appl. Opt., 49 (18), 3538 (2010). DOI: 10.1364/AO.49.003538
  33. E.A. Genina, A.N. Bashkatov, E.A. Kolesnikova, M.V. Basko, G.S. Terentyuk, V.V. Tuchin. J. Biomed. Opt., 19 (2), 021109 (2014). DOI: 10.1117/1.JBO.19.2.021109
  34. R.K. Wang, V.V. Tuchin. in: Handbook of Coherent-Domain Optical Methods. Biomedical Diagnostics, Environmental Monitoring, and Material Science. V. 2, 2nd edition, ed. by V.V. Tuchin (Heidelberg, Berlin, Springer-Verlag, NY., 2013), v. 2, p. 665
  35. Э.А. Генина, Н.С. Ксенофонтова, А.Н. Башкатов, Г.С. Терентюк, В.В. Тучин. Квантовая электроника, 47 (6), 561 (2017). [E.A. Genina, N.S. Ksenofontova, A.N. Bashkatov, G.S. Terentyuk, V.V. Tuchin. Quant. Electron., 47 (6), 561 (2017). DOI: 10.1070/QEL16378]
  36. K. Okuyama, K. Miyama, K. Mizuno, H.P. Bachinger. Biopolymers, 97 (8), 607 (2012). DOI: 10.1002/bip.22048
  37. W.D. Cornell, P. Cieplak, C.I. Bayly, I.R. Gould, K.M.Jr. Merz, D.M. Ferguson, D.C. Spellmeyer, T. Fox, J.W. Caldwell, P.A. Kollman. J. Am. Chem. Soc., 117 (19), 5179 (1995). DOI: 10.1021/ja00124a002
  38. A.D. Becke. J. Chem. Phys., 98 (7), 5648 (1993). DOI: 10.1063/1.464913
  39. C. Lee, W. Yang, R.G. Parr. Phys. Rev., 37B (2), 785 (1988). DOI: 10.1103/PhysRevB.37.785
  40. M.J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel et al. Gaussian09, Revision A.02. (Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2009)
  41. D. Vander Spoel, E. Lindahl, B. Hess, G. Groenhof, E.A. Mark, H.J.C. Berendsen, J. Comput. Chem., 26 (16), 1701 (2005). DOI: 10.1002/jcc.20291
  42. Y. Duan, C. Wu, S. Chowdhury, M.C. Lee, G. Xiong, W. Zhang, R. Yang, P. Cieplak, R. Luo, T. Lee, J. Caldwell, J. Wang, P. Kollman. J. Comp. Chem., 24 (16), 1999 (2003). DOI: 10.1002/jcc.10349
  43. H.J.C. Berendsen, J.P.M. Postma, W.F. van Gunsteren, A. DiNola, J.R. Haak. J. Chem. Phys., 81 (8), 3884 (1984). DOI: 10.1063/1.448118
  44. W. Humphrey, A. Dalke, K. Schulten. J. Mol. Graph., 14 (1), 33 (1996). DOI: 10.1016/0263-7855(96)00018-5
  45. H.D. Loof, L. Nilsson, R. Rigler. J. Am. Chem. Soc., 114 (11), 4028 (1992). DOI: 0.1021/ja00037a002
  46. C.C.J. Roothaan. Rev. Mod. Phys., 23 (2), 69 (1951). DOI: 10.1103/REVMODPHYS.23.69
  47. Y. Duan, C. Wu, S. Chowdhury, M.C. Lee, G. Xiong, W. Zhang, R. Yang, P. Cieplak, R. Luo, T. Lee, J. Caldwell, J. Wang, P. Kollman. J. Comp. Chem., 24 (16), 1999 (2003). DOI: 10.1002/jcc.10349
  48. K.V. Berezin, K.N. Dvoretskiy, V.V. Nechaev, A.M. Likhter, I.T. Shagautdinova, V.V. Tuchin. J. Biomed. Photon. Eng., 6 (2), 20308 (2020). DOI: 10.18287/JBPE20.06.020308

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme