Презентация "Вирусы и лазеры"

Вирусы и лазеры
ФГБУ НИИ гриппа Минздрава России
Кафедра лазерных технологий НИУ ИТМО
А. Б. Комиссаров
Разнообразие вирусов
• Количество вирусных частиц на нашей планете в 10 раз
превышает количество клеток (Suttle, 2007)
• Вирусы поражают все существующие клеточные формы жизни (от
амеб и бактерий до человека, от креветки до кита, от водорослей
до сельскохозяйственных растений)
• Только в океане каждую секунду происходит около 1023 вирусных
инфекций (Suttle, 2007)
• Всего 99 семейств, 424 рода вирусов (ViralZone)
• Около 129 вирусов могут вызывать заболевания у человека
http://viralzone.expasy.org/
Строение вирусов
Размеры вирусных частиц
20 – 750 (1400) нм
(ViralZone)
Вирусы внутри нас
• 5-8% человеческого генома имеет вирусное происхождение
(Ryan, 2004) – эндогенные ретровирусы человека (HERV)
• эндогенные ретровирусы человека (HERV) – дальние
родственники ВИЧ
• Без эндогенных ретровирусов не было бы возможно
появление млекопитающих.
Лазерные технологии и вирусы
Инструмент рутинной исследовательской работы
1. Лазер-индуцированная флуоресценция (LIF)
Ar-лазер в капиллярных секвенаторах
2. Лазерная корреляционная спектроскопия
<…>
Воздействие лазеров на вирусы и клетки
как объект исследования
1.
2.
3.
4.
Технологии дезинфекции
Технологии терапии вирусных инфекций
Технологии инактивации вирусов
Лазер как адъювант
Электромагнитное излучение
Вирусы и видимый свет
• При длительном нахождении на свету препараты вирусов могут терять
свою инфекционную активность
Appleyard G. The photosensitivity of Semliki Forest and other
viruses // J. Gen. Virol. 1967. Vol. 1. P. 143-152
Wallis C., Trulock S., Melnick J. L. Inherent photosensitivity of
herpes virus and other enveloped viruses // J. Gen. Virol. 1969.
Vol. 5. P. 53-61
Максимум инактивации при 425 нм
Инактивация связана с наличием неизвестных фотосенсибилизаторов?
Вирусы и ультрафиолет
Прямое повреждение нуклеиновых кислот
(Yin et al., 2013)
Элекромагнитное излучение для
стерилизации и дезинфекции
• γ-излучение (промышленная стерилизация материалов и
оборудования)
• УФ (основной физический метод дезинфекции в лабораториях)
• [Микроволновое] – только в исследовательских целях (Stroop,
Schaefer, 1989)
Неизбирательность – повреждаются любые нуклеиновые кислоты
Фотодинамическая терапия
• Показана эффективная инактивация HSV,
SFV, DENV и других вирусов с
использованием фотосенсибилизаторов
Yin R. et al. Light based anti-infectives: ultraviolet C irradiation, photodynamic therapy, blue light, and beyond //
Curr Opin Pharmacol. 2013. Vol. 5. P. 731-762
Фотодинамическая терапия
при вирусных инфекциях
• В основном в дерматологической практике (против вирусов
папилломы человека)
Lee Y., Baron E.D. Photodynamic therapy: current evidence and
applications in dermatology // Semin Cutan Med Surg. 2011; 30:199–209
Фото - http://www.acne.org
Инактивация вирусов лазерным излучением
Лазеры ультракоротких импульсов
• Shaw-Wei D. Tsen, Nisha Donthi, Victor La, et al. Chemical-free inactivated
whole influenza virus vaccine prepared by ultrashort pulsed laser
treatment. Journal of Biomedical Optics 20(5), 051008, 2015.
• Shaw-Wei D. Tsen, David H. Kingsley, Karen Kibler, et al. Pathogen
reduction in human plasma using an ultrashort pulsed laser. PLoS ONE
9(11), e111673, 2014.
• Shaw-Wei D. Tsen, Travis Chapa, Wandy Beatty, et al. Ultrashort pulsed
laser treatment inactivates viruses by inhibiting viral replication and
transcription in the host nucleus. Antiviral Research 110, 70-76, 2014.
• Shaw-Wei D. Tsen, David H. Kingsley, Christian Poweleit, et al. Studies of
inactivation mechanism of non-enveloped icosahedral virus by a visible
ultrashort pulsed laser. Virology Journal 11:20, 2014.
Профессор Конг-Тон Цзэн
(Университет Аризоны, США)
http://www.tsenlab.org/
Механизм инактивации вирусов под действием
ультракоротких импульсов лазерного излучения
Причина повреждения вирусной частицы – колебания, вызванные
импульс-стимулированным Рамановским рассеянием (ISRS)
λ=776 нм
Параметр \ Объект
Удельная мощность
лазерного излучения
(ГВт/см2)
M13
0,06
TMV
0,85
HPV HIV
1,0
1,1
Эритроцит
15
Jurkat
22
Дендритная клетка
12
Tsen K.-T., et al. Selective destruction of viruses with ultrashort pulsed lasers // SPIE Newsroom. 3 December 2009
DOI: 10.1117/2.1200911.1845
Инактивация вакцинных вирусов лазерным
излучением
Титан-сапфировый лазер
Импульсы 65 фс, 80 МГц
415 нм, 140 мВ
A/PR/8/34 (H1N1) – 2x108 TCID50/мл (200 мкл)
Инактивация вакцинных вирусов
лазерным излучением
Селективная фотонная дезинфекция (SEPHODIS)
как метод лечения инфекционных заболеваний
http://www.tsenlab.org/
Адъювантное действие лазерного излучения
Chen X. et al. An update on the use of laser technology
in skin vaccination // Expert Rev. Vaccines. 2013. 1-11
Лазер как метод облегчения доставки
биологических молекул
• Разрушение рогового слоя эпидермиса с помощью лазера
Перспективы использования лазеров для
борьбы с вирусными инфекциями:
Энтузиазм и скепсис