vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biology10.55959/MSU0137-0952-16-79-4-5vestnik-bio-msu-1438Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯRESEARCH ARTICLESОсветительная установка для определения эффективности действия фотосенсибилизаторов в отношении клеточных культур на основе светодиодов высокой мощностиHigh-power LED-based light source for photosensitizer efficiency assay against cell cultureГудковаВ. Р.GudkovaV. R.

Гудкова Виктория Родионовна – аспирант кафедры

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 24, Тел.: 8-495-939-11-16 

Leninskie gory 1–12, Moscow, 119234 

gudkova.v.r@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3509-7944ГвоздевД. А.GvozdevD. A.

Гвоздев Даниил Александрович – канд. биол. наук, ст. науч. сотр. кафедры 

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 24, Тел.: 8-495-939-11-16 

Leninskie gory 1–12, Moscow, 119234 

danil131054@mail.ruЦораевГ. В.TsoraevG. V.

Цораев Георгий Витальевич – науч. сотр. кафедры 

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 24, Тел.: 8-495-939-11-16 

Leninskie gory 1–12, Moscow, 119234 

gtsoraev@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5379-5829МойсеновичА. М.MoysenovichA. M.

Мойсенович Анастасия Михайловна – канд. биол. наук, вед. науч. сотр. кафедры

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Тел.: 8-495-939-28-37 

Leninskie gory 1–12, Moscow, 119234 

a-moisenovich@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6767-1501МаксимовЕ. Г.MaksimovE. G.

Максимов Евгений Георгиевич – докт. биол. наук, вед. науч. сотр. кафедры 

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 24, Тел.: 8-495-939-11-16   

Leninskie gory 1–12, Moscow, 119234 

emaksimoff@yandex.ruКафедра биофизики, биологический факультет Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияDepartment of Biophysics, Faculty of Biology, Lomonosov Moscow State UniversityRussian FederationКафедра высшей нервной деятельности, биологический факультет Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияDepartment of Higher Nervous Activity, Faculty of Biology, Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation202403032025794306314Copyright © Гудкова В.Р., Гвоздев Д.А., Цораев Г.В., Мойсенович А.М., Максимов Е.Г., 20252025Гудкова В.Р., Гвоздев Д.А., Цораев Г.В., Мойсенович А.М., Максимов Е.Г.Gudkova V.R., Gvozdev D.A., Tsoraev G.V., Moysenovich A.M., Maksimov E.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik-bio-msu.elpub.ru/jour/article/view/1438

Разработка лекарственных препаратов включает в себя оценку действия новых соединений на культуры клеток. Для некоторых соединений при такой оценке предполагается дополнительное воздействие на клетки, например, освещение. Целью настоящей работы является создание установки для равномерного облучения клеточных культур в планшетах и определения эффективности новых фотосенсибилизаторов (Фс). Разработанная схема установки позволяет равномерно освещать 96-луночный планшет с облученностью до 76 мВт/см2, при этом значения температуры не превышают 43°C, что позволяет использовать ее для активации Фс. Для апробации рабочих режимов установки в качестве модельного объекта использовали цинковый фталоцианин с холиниловыми заместителями (холосенс) и клеточные культуры HEK-293 или A431. Были определены зависимости выживаемости клеток от времени облучения и концентрации Фс, а также получены изображения флуоресценции химической ловушки активных форм кислорода в клетках, испытывающих окислительный стресс вследствие фотодинамического эффекта Фс. Полученные результаты свидетельствуют о более чем двукратном различии выживаемости между клетками в экспериментальных и контрольных лунках, а также о равномерном освещении всех лунок планшета.

The aim of the work is to develop a light source for uniform irradiation of cell cultures in plates and for determination of the efficiency of new photosensitizers. The designed scheme of the light source provides uniform irradiation of a 96-well plate with irradiance up to 76 mW/cm2 with temperature values not exceeding 43°C, which allows to use it for activation of photosensitizers. For approbation of the working modes of the unit, zinc phthalocyanine with cholinyl substituents (cholosens) and cell cultures HEK-293 and A431 were used as a model object. Dependences of cell survival on irradiation time and photosensitizer concentration were determined, and fluorescence images of the marker of reactive oxygen species in cells experiencing oxidative stress due to the photodynamic effect of photosensitizers were obtained. The results show a more than twofold difference in survival between cells in experimental and control wells, as well as uniform illumination of all wells of the plate.

фотодинамическая терапияосветительная установкафталоцианинокислительный стрессактивные формы кислородафлуоресцентная микроскопияphotodynamic therapylight sourcephthalocyanineoxidative stressreactive oxygen speciesfluorescence microscopyИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках научного проекта № 24-24-00125.The research was funded by the Russian Science Foundation, project number 24-24-00125.ReferencesGong L., Zhang Y., Liu C., Zhang M., Han S. Application of radiosensitizers in cancer radiotherapy. Int. J. Nanomed. 2021;16:1083–102.Gong L., Zhang Y., Liu C., Zhang M., Han S. Application of radiosensitizers in cancer radiotherapy. Int. J. Nanomed. 2021;16:1083–102.Tilsed C.M., Fisher S.A., Nowak A.K., Lake R.A., Lesterhuis W.J. Cancer chemotherapy: insights into cellular and tumor microenvironmental mechanisms of action. Front. Oncol. 2022;12:960317.Tilsed C.M., Fisher S.A., Nowak A.K., Lake R.A., Lesterhuis W.J. Cancer chemotherapy: insights into cellular and tumor microenvironmental mechanisms of action. Front. Oncol. 2022;12:960317.Wyld L., Audisio R.A., Poston G.J. The evolution of cancer surgery and future perspectives. Nat. Rev. Clin. Oncol. 2015;12(2):115–124.Wyld L., Audisio R.A., Poston G.J. The evolution of cancer surgery and future perspectives. Nat. Rev. Clin. Oncol. 2015;12(2):115–124.Macdonald I.J., Dougherty T.J. Basic principles of photodynamic therapy. J. Porphyr. Phthalocyanines. 2001;05(02):105–129.Macdonald I.J., Dougherty T.J. Basic principles of photodynamic therapy. J. Porphyr. Phthalocyanines. 2001;05(02):105–129.Mang T. S. Lasers and light sources for PDT: past, present and future. Photodiagnosis Photodyn. 2004;1(1):43–48.Mang T. S. Lasers and light sources for PDT: past, present and future. Photodiagnosis Photodyn. 2004;1(1):43–48.Algorri J. F., Ochoa M., Roldán-Varona P., Rodríguez-Cobo L., López-Higuera J. M. Light technology for efficient and effective photodynamic therapy: a critical review. Cancers. 2021;13(14):3484.Algorri J. F., Ochoa M., Roldán-Varona P., Rodríguez-Cobo L., López-Higuera J. M. Light technology for efficient and effective photodynamic therapy: a critical review. Cancers. 2021;13(14):3484.Dong Y., Zhou G., Chen J., Shen L., Jianxin Z., Xu Q., Zhu Y. A new LED device used for photodynamic therapy in treatment of moderate to severe acne vulgaris. Photodiagnosis Photodyn. 2016;13:188–195.Dong Y., Zhou G., Chen J., Shen L., Jianxin Z., Xu Q., Zhu Y. A new LED device used for photodynamic therapy in treatment of moderate to severe acne vulgaris. Photodiagnosis Photodyn. 2016;13:188–195.Attili S. K., Lesar A., McNeill A., CamachoLopez M., Moseley H., Ibbotson S., et al. An open pilot study of ambulatory photodynamic therapy using a wearablelow-irradiance organic light-emitting diode light source in the treatment of nonmelanoma skin cancer. Br. J. Dermatol. 2009;161(1):170–173.Attili S. K., Lesar A., McNeill A., CamachoLopez M., Moseley H., Ibbotson S., et al. An open pilot study of ambulatory photodynamic therapy using a wearablelow-irradiance organic light-emitting diode light source in the treatment of nonmelanoma skin cancer. Br. J. Dermatol. 2009;161(1):170–173.Hatakeyama T., Murayama Y., Komatsu S., Shiozaki A., Kuriu Y., Ikoma H., Nakanishi M., Ichikawa D., Fujiwara H., Okamoto K., Ochiai T., Kokuba Y., Inoue K., Nakajima M., Otsuji E. Efficacy of 5-aminolevulinic acid-mediated photodynamic therapy using light-emitting diodes in human colon cancer cells. Oncol. Rep. 2013;29(3):911–916.Hatakeyama T., Murayama Y., Komatsu S., Shiozaki A., Kuriu Y., Ikoma H., Nakanishi M., Ichikawa D., Fujiwara H., Okamoto K., Ochiai T., Kokuba Y., Inoue K., Nakajima M., Otsuji E. Efficacy of 5-aminolevulinic acid-mediated photodynamic therapy using light-emitting diodes in human colon cancer cells. Oncol. Rep. 2013;29(3):911–916.Schmidt M.H., Bajic D.M., Reichert K.W., Martin T.S., Meyer G.A., Whelan H.T. Light-emitting diodes as a light source for intraoperative photodynamic therapy. Neurosurgery. 1996;38(3):552–557.Schmidt M.H., Bajic D.M., Reichert K.W., Martin T.S., Meyer G.A., Whelan H.T. Light-emitting diodes as a light source for intraoperative photodynamic therapy. Neurosurgery. 1996;38(3):552–557.Szeimies R.M., Matheson R.T., Davis S.A., Bhatia A.C., Frambach Y., Klövekorn W., Fesq H., Berking C., Reifenberger J., Thaçi D. Topical methyl aminolevulinate photodynamic therapy using red light-emitting diode light for multiple actinic keratoses: a randomized study. Dermatol. Surg. 2009;35(4):586–592.Szeimies R.M., Matheson R.T., Davis S.A., Bhatia A.C., Frambach Y., Klövekorn W., Fesq H., Berking C., Reifenberger J., Thaçi D. Topical methyl aminolevulinate photodynamic therapy using red light-emitting diode light for multiple actinic keratoses: a randomized study. Dermatol. Surg. 2009;35(4):586–592.Lucky S.S., Soo K.C., Zhang Y. Nanoparticles in photodynamic therapy. Chem. Rev. 2015;115(4):1990–2042.Lucky S.S., Soo K.C., Zhang Y. Nanoparticles in photodynamic therapy. Chem. Rev. 2015;115(4):1990–2042.Moret F., Reddi E. Strategies for optimizing the delivery to tumors of macrocyclic photosensitizers used in photodynamic therapy (PDT). J. Porphyr. Phthalocyanines. 2017;21(04–06):239–256.Moret F., Reddi E. Strategies for optimizing the delivery to tumors of macrocyclic photosensitizers used in photodynamic therapy (PDT). J. Porphyr. Phthalocyanines. 2017;21(04–06):239–256.Pieslinger A., Plaetzer K., Oberdanner C.B., Berlanda J., Mair H., Krammer B., Kiesslich T. Characterization of a simple and homogeneous irradiation device based on light-emitting diodes: a possible low-cost supplement to conventional light sources for photodynamic treatment. Med. Laser Appl. 2006;21(4):277–283.Pieslinger A., Plaetzer K., Oberdanner C.B., Berlanda J., Mair H., Krammer B., Kiesslich T. Characterization of a simple and homogeneous irradiation device based on light-emitting diodes: a possible low-cost supplement to conventional light sources for photodynamic treatment. Med. Laser Appl. 2006;21(4):277–283.Chen D., Zheng H., Huang Z., Lin H., Ke Z., Xie S., Li B. Light-emitting diode-based illumination system for in vitro photodynamic therapy. Int. J. Photoenergy. 2012;2012(1): 920671.Chen D., Zheng H., Huang Z., Lin H., Ke Z., Xie S., Li B. Light-emitting diode-based illumination system for in vitro photodynamic therapy. Int. J. Photoenergy. 2012;2012(1): 920671.Bajgar R., Pola M., Hosik J., Turjanica P., Cengery J., Kolarova H. New planar light source for the induction and monitoring of photodynamic processes in vitro. J. Biol. Phys. 2020;46(1):121–131.Bajgar R., Pola M., Hosik J., Turjanica P., Cengery J., Kolarova H. New planar light source for the induction and monitoring of photodynamic processes in vitro. J. Biol. Phys. 2020;46(1):121–131.Di Veroli G. Y., Fornari C., Goldlust I., Mills G., Koh S.B., Bramhall J.L., Richards F.M., Jodrell D.I. An automated fitting procedure and software for dose-response curves with multiphasic features. Sci. Rep. 2015;5(1):14701.Di Veroli G. Y., Fornari C., Goldlust I., Mills G., Koh S.B., Bramhall J.L., Richards F.M., Jodrell D.I. An automated fitting procedure and software for dose-response curves with multiphasic features. Sci. Rep. 2015;5(1):14701.Kassis S., Grondin M., Averill-Bates D.A. Heat shock increases levels of reactive oxygen species, autophagy and apoptosis. BBA-Mol. Cell. Res. 2021;1868(3):118924.Kassis S., Grondin M., Averill-Bates D.A. Heat shock increases levels of reactive oxygen species, autophagy and apoptosis. BBA-Mol. Cell. Res. 2021;1868(3):118924.Sobotta L., Skupin-Mrugalska P., Piskorz J., Mielcarek J. Porphyrinoid photosensitizers mediated photodynamic inactivation against bacteria. Eur. J. Med. Chem. 2019;175:72–106.Sobotta L., Skupin-Mrugalska P., Piskorz J., Mielcarek J. Porphyrinoid photosensitizers mediated photodynamic inactivation against bacteria. Eur. J. Med. Chem. 2019;175:72–106.Hanahan D., Weinberg R.A. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011;144(5):646–674.Hanahan D., Weinberg R.A. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011;144(5):646–674.Nowis D., Makowski M., Stokłosa T., Legat M., Issat T., Gołab J. Direct tumor damage mechanisms of photodynamic therapy. Acta. Biochim. Pol. 2005;52(2):339–352.Nowis D., Makowski M., Stokłosa T., Legat M., Issat T., Gołab J. Direct tumor damage mechanisms of photodynamic therapy. Acta. Biochim. Pol. 2005;52(2):339–352.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.