References

ophthalmology

Офтальмология

Ophthalmology in Russia

1816-50952500-0845

Ophthalmology

10.18008/1816-5095-2023-4-743-752

ophthalmology-2246

Research Article

КЛИНИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

CLINICAL & EXPERIMENTAL RESEARCH

Исследование проникающей способности квантовых точек InP/ZnSe/ZnS 650 в переднюю камеру глаза при топическом применении. Экспериментальное исследование

Investigation of the Penetration Ability of InP/ZnSe/ZnS 650 Quantum Dots into the Anterior Chamber of the Eye by Topical Application. Experimental Study

Шиловских

О. В.

Shilovskikh

O. V.

Шиловских Олег Владимирович кандидат медицинских наук, врач-офтальмохирург, главный внештатный офтальмолог Свердловской области, генеральный директор

ул. Академика Бардина, 4а, Екатеринбург, 620149

Shilovskikh Oleg V. PhD, ophthalmic surgeon, chief freelance ophthalmologist of the Sverdlovsk region, general director

Akademician Bardin str., 4a, Yekaterinburg, 620149

https://orcid.org/0000-0002-2353-9610

Пономарев

В. О.

Ponomarev

V. O.

Пономарев Вячеслав Олегович кандидат медицинских наук, врач-офтальмохирург, заместитель генерального директора по научно-клинической работе

ул. Академика Бардина, 4а, Екатеринбург, 620149

Ponomarev Vyacheslav O. PhD, ophthalmic surgeon, deputy general director for scientific and clinical work

Akademician Bardin str., 4a, Yekaterinburg, 620149

https://orcid.org/0000-0001-9569-5906

Казайкин

В. Н.

Kazaykin

V. N.

Казайкин Виктор Николаевич доктор медицинских наук, врач-офтальмохирург, ведущий научный сотрудник

ул. Академика Бардина, 4а, Екатеринбург, 620149

Kazaykin Viktor N. MD, ophthalmic surgeon, leading researcher

Akademician Bardin str., 4a, Yekaterinburg, 620149

https://orcid.org/0000-0001-8593-9364

Ткаченко

К. А.

Tkachenko

K. A.

Ткаченко Константин Андреевич врач-офтальмолог

ул. Академика Бардина, 4а, Екатеринбург, 620149

Tkachenko Konstantin A. ophthalmologist

Akademician Bardin str., 4a, Yekaterinburg, 620149

https://orcid.org/0000-0001-7475-4276

Коваленко

Е. Г.

Kovalenko

E. G.

Коваленко Екатерина Геннадьевна врач-офтальмолог

ул. Академика Бардина, 4а, Екатеринбург, 620149

Kovalenko Ekaterina G. ophthalmologist

Akademician Bardin str., 4a, Yekaterinburg, 620149

https://orcid.org/0000-0003-2529-3770

Вохминцев

А. С.

Vokhmintsev

A. S.

Вохминцев Александр Сергеевич кандидат физико-математических наук, доцент

ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Vokhmintsev Alexander S. PhD in Physics and Mathematics, Associate Professor

Mira str., 19, Yekaterinburg, 620002

https://orcid.org/0000-0002-5573-7128

Вайнштейн

И. А.

Weinstein

I. A.

Вайнштейн Илья Александрович Доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник

ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Weinstein Ilya A. Dr. in Physics and Mathematics, Professor, chief researcher

Mira str., 19, Yekaterinburg, 620002

https://orcid.org/0000-0002-1253-8727

Кузнецова

Ю. В.

Kuznetsova

Yu. V.

Кузнецова Юлия Викторовна кандидат химических наук, старший научный сотрудник

ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620990

Kuznetsova Yulia V. PhD in Chemistry, senior researcher

Pervomayskaya str., 91, Ekaterinburg, 620990

АО «Екатеринбургский центр МНТК “Микрохирургия глаза”»РоссияEye Microsurgery Ekaterinburg CenterRussian Federation

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»РоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation

АО «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»РоссияRussian Federation Institute of Solid State Chemistry, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation

2023

27122023

204743752

2023

Шиловских О.В., Пономарев В.О., Казайкин В.Н., Ткаченко К.А., Коваленко Е.Г., Вохминцев А.С., Вайнштейн И.А., Кузнецова Ю.В.

Shilovskikh O.V., Ponomarev V.O., Kazaykin V.N., Tkachenko K.A., Kovalenko E.G., Vokhmintsev A.S., Weinstein I.A., Kuznetsova Y.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.ophthalmojournal.com/opht/article/view/2246

В связи с проблемой формирования устойчивых к антибактериальным препаратам штаммов патогенной микрофлоры в последние время активно проводятся исследования, посвященные применению наночастиц, а именно квантовых точек. Квантовые точки могут быть использованы в качестве антиинфекционного агента, средства для визуализации внутриглазных структур, доставки лекарственных препаратов, а также средства для электрической стимуляции сетчатки. Успешное применение квантовых точек в качестве антиинфекционного агента обусловливает необходимость исследования их проникающей способности в переднюю камеру. Целью работы явилось экспериментальное исследование проникающей способности КТ InP/ZnSe/ZnS 650 в переднюю камеру глаза при топическом применении. Объектом исследования явились квантовые точки InP/ZnSe/ZnS 650. Исследование проводилось на лабораторных кроликах (6), которых разделили случайным образом по парам на группы. У кроликов № 1 и 2 глаза оставались интактными, № 3 и 4 — на роговицу правого глаза помещали бандажную мягкую контактную линзу, у № 5 и 6 производили деэпителизацию роговицы правого глаза. Всем подопытным кроликам в течение дня 6-кратно производили инстилляцию 10 % раствора квантовых точек InP/ZnSe/ZnS 650, а по завершении — забор 0,2 мл влаги из передней камеры правого глаза. Левые глаза у всех особей являлись контрольной группой. Идентификацию квантовых точек в передней камере выполняли с помощью высокочувствительного спектрофотометра UV-3600 (Shimadzu). Проведенное экспериментальное исследование способности квантовых точек InP/ZnSe/ZnS 650 при топическом применении проникать в интраокулярную полость заявленными методами детектирования не позволило их обнаружить во влаге передней камеры даже в минимальной концентрации.

In connection with the problem of formation of strains of pathogenic microflora resistant to antibacterial drugs, research on the use of nanoparticles, namely quantum dots, has been actively conducted recently. Quantum dots can be used as an anti-infective agent, a means for visualization of intraocular structures, drug delivery, as well as a means for electrical stimulation of the retina. Successful application of quantum dots as an anti-infective agent necessitates the study of their penetrating ability into the anterior chamber. The aim of the study was to experimentally investigate the penetration ability of InP/ZnSe/ZnS 650 QDs in the anterior chamber of the eye at topical application. The object of the study was InP/ZnSe/ZnS 650 quantum dots. The study was carried out on laboratory rabbits (#6), which were divided randomly in pairs into groups. In rabbits #1 and #2 the eyes remained intact, #3 and #4 — a bandage soft contact lens was placed on the cornea of the right eye, #5 and #6 the cornea of the right eye was de-epithelialized. All experimental rabbits during the day 6 times instillation of 10 % solution of InP/ZnSe/ZnS 650 quantum dots was performed, and at the end 0.2 ml of moisture was taken from the anterior chamber of the right eye. The left eyes in all individuals were the control group. Identification of quantum dots into the anterior chamber was performed using a highly sensitive spectrophotometer UV-3600 (Shimadzu). The experimental study of the ability of InP/ZnSe/ZnS 650 quantum dots at topical application to penetrate into the intraocular cavity by the claimed detection methods did not allow their detection in the anterior chamber moisture even in minimal concentration.

квантовые точкироговицапроникающая способностьтопическое применение

quantum dotscorneapenetrating abilitytopical application

References1

Maiti S, Paul S, Mondol R, Ray S, Sa B. Nanovesicular formulation of brimonidine tartrate for the management of glaucoma: in vitro and in vivo evaluation. AAPS PharmSciTech. 2011 Jun;12(2):755–763. doi: 10.1208/s12249-011-9643-9.

Reimondez-Troitiño S, Csaba N, Alonso MJ, de la Fuente M. Nanotherapies for the treatment of ocular diseases. Eur J Pharm Biopharm. 2015 Sep;95(Pt B):279–293. doi: 10.1016/j.ejpb.2015.02.019.

Mantelli F, Argüeso P. Functions of ocular surface mucins in health and disease. Curr Opin Allergy Clin Immunol. 2008 Oct;8(5):477–483. doi: 10.1097/ACI.0b013e32830e6b04.

Agrahari V, Mandal A, Agrahari V, Trinh HM, Joseph M, Ray A, Hadji H, Mitra R, Pal D, Mitra AK. A comprehensive insight on ocular pharmacokinetics. Drug Deliv Transl Res. 2016 Dec;6(6):735–754. doi: 10.1007/s13346-016-0339-2.

Wels M, Roels D, Raemdonck K, De Smedt SC, Sauvage F. Challenges and strategies for the delivery of biologics to the cornea. J Control Release. 2021 May 10;333:560–578. doi: 10.1016/j.jconrel.2021.04.008.

Mark R. Prausnitz, Jeremy S. Noonan. Permeability of cornea, sclera, and conjunctiva: A literature analysis for drug delivery to the eye. Journal of Pharmaceutical Sciences. 1988;87(12):1479–1488, doi:10.1021/js9802594.

Weng J, Song X, Li L, Qian H, Chen K, Xu X, Cao C, Ren J. Highly luminescent CdTe quantum dots prepared in aqueous phase as an alternative fluorescent probe for cell imaging. Talanta. 2006 Sep 15;70(2):397–402. doi: 10.1016/j.talanta.2006.02.064.

Zhao P, He K, Han Y, Zhang Z, Yu M, Wang H, Huang Y, Nie Z, Yao S. Near-infrared dual-emission quantum dots-gold nanoclusters nanohybrid via co-template synthesis for ratiometric fluorescent detection and bioimaging of ascorbic acid in vitro and in vivo. Anal Chem. 2015 Oct 6;87(19):9998–10005. doi: 10.1021/acs.analchem.5b02614.

Li H, Li K, Dai Y, Xu X, Cao X, Zeng Q, He H, Pang L, Liang J, Chen X, Zhan Y. In vivo near infrared fluorescence imaging and dynamic quantification of pancreatic metastatic tumors using folic acid conjugated biodegradable mesoporous silica nanoparticles. Nanomedicine. 2018 Aug;14(6):1867–1877. doi: 10.1016/j.nano.2018.04.018.

Khanal S, Millar TJ. Nanoscale phase dynamics of the normal tear film. Nanomedicine. 2010 Dec;6(6):707–713. doi: 10.1016/j.nano.2010.06.002.

Keller KE, Bradley JM, Vranka JA, Acott TS. Segmental versican expression in the trabecular meshwork and involvement in outflow facility. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011 Jul 7;52(8):5049–5057. doi: 10.1167/iovs.10-6948.

Ho JH, Ma WH, Tseng TC, Chen YF, Chen MH, Lee OK. Isolation and characterization of multi-potent stem cells from human orbital fat tissues. Tissue Eng Part A. 2011 Jan;17(1–2):255–266. doi: 10.1089/ten.TEA.2010.0106.

De Hoon I, Barras A, Swebocki T, Vanmeerhaeghe B, Bogaert B, Muntean C, Abderrahmani A, Boukherroub R, De Smedt S, Sauvage F, Szunerits S. Influence of the Size and Charge of Carbon Quantum Dots on Their Corneal Penetration and Permeation Enhancing Properties. ACS Appl Mater Interfaces. 2023;15(3):3760–3771. doi: 10.1021/acsami.2c18598.

Jian HJ, Wu RS, Lin TY, Li YJ, Lin HJ, Harroun SG, Lai JY, Huang CC. Super-Cationic Carbon Quantum Dots Synthesized from Spermidine as an Eye Drop Formulation for Topical Treatment of Bacterial Keratitis. ACS Nano. 2017;11(7):6703–6716. doi: 10.1021/acsnano.7b01023.

Шиловских О.В., Пономарев В.О., Казайкин В.Н., Ткаченко К.А. Бактериальный кератит. Часть 2. Актуальные аспекты лечения. Офтальмология. 2023;20(1):24–32. https://doi.org/10.18008/1816-5095-2023-1-24-32.

Shilovskikh OV, Ponomarev VO, Kazaykin VN, Tkachenko KA. Bacterial Keratitis. Part 2. Topical Aspects of Treatment. Ophthalmology in Russia. 2023;20(1):24–32 (In Russ.). https://doi.org/10.18008/1816-5095-2023-1-24-32.

Пономарев В.О., Казайкин В.Н., Лизунов А.В., Вохминцев А.С., Вайнштейн И.А., Дежуров С.В., Марышева В.В. Оценка офтальмотоксического воздействия квантовых точек InP/ZnSe/ZnS 650 и биоконъюгатов на их основе в аспекте перспектив лечения резистентных эндофтальмитов. Экспериментальное исследование. Часть 2 (1-й этап). Офтальмология. 2021;18(4):876–884. doi: 10.18008/1816-5095-2021-4-876-884.

Ponomarev VO, Kazaykin VN, Lizunov AV, Vokhmintsev AS, Vainshtein IA, Dezhurov SV, Marysheva VV. Evaluation of the Ophthalmotoxic Effect of Quantum Dots InP/ZnSe/ZnS 650 and Bioconjugates Based on Them in Terms of the Prospects for the Treatment of Resistant Endophthalmitis. Experimental Research. Part 2 (Stage 1). Ophthalmology in Russia. 2021;18(4):876–884 (In Russ.). doi: 10.18008/1816-5095-2021-4-876-884.

Zhang J, Wang J, Yan T, Peng Y, Xu D, Deng D. InP/ZnSe/ZnS quantum dots with strong dual emissions: visible excitonic emission and near-infrared surface defect emission and their application in in vitro and in vivo bioimaging. J. Mater. Chem. B. 2017;5(41):8152–8160. doi: 10.1039/c7tb02324c.

Cabrera-Aguas M, Khoo P, Watson SL. Infectious keratitis: A review. Clin Exp Ophthalmol. 2022 Jul;50(5):543–562. doi: 10.1111/ceo.14113

Ting DS, Shan Ho C, Deshmukh R, et al. Infectious keratitis: an update on epidemiology, causative microorganisms, risk factors, and antimicrobial resistance. Nature (Eye). 2021;35:1084–1101. doi: 10.1038/s41433-020-01339-3.

Сипливый В.А., Дронов А.И., Конь Е.В., Евтушенко Д.В. Антибиотики и антибактериальная терапия в хирургии. Киев: Ферзь-ТА; 2006. C. 94–99.

Siplivyj VA, Dronov AI, Kon EV, Evtushenko DV. Antibiotics and antibacterial therapy in surgery. Kiev: Ferz-TA; 2006, P. 94–99 (In Russ.).

Aramă V. Topical antibiotic therapy in eye infections — myths and certainties in the era of bacterial resistance to antibiotics. Rom J Ophthalmol. 2020 JulSep;64(3):245–260

Сафонова Т.Н., Новиков И.А., Боев В.И., Гладкова О.В. Модификация лечебной силикон-гидрогелевой мягкой контактной линзы. РМЖ. Клиническая офтальмология. 2016;16(3):117–120.

Safonova TN, Novikov IA, Boev VI, Gladkova OV. Modification of therapeutic silicone-hydrogel soft contact lenses. RMJ Clinical Ophthalmology. 2016;16(3):117–120 (In Russ.).

Воронцова Т.Н., Попов В.Ю., Тугеева Э.Э., Шапорова В.Я. Минимальная подавляющая концентрация антибактериальных препаратов — показатель эффективности антибиотикотерапии. Современные технологии в офтальмологии. 2014;4:26.

ВVorontsova TN, Popov VYu, Tugeeva EE, Shaporova VYa. Minimum suppressive concentration of antibacterial drugs — an indicator of antibiotic therapy efficiency. Modern technologies in ophthalmology. 2014;4:26 (In Russ.).

Healy DP, Holland EJ, Nordlund ML, Dunn S, Chow C, Lindstrom RL, Hardten D, Davis E. Concentrations of levofloxacin, ofloxacin, and ciprofloxacin in human corneal stromal tissue and aqueous humor after topical administration. Cornea. 2004 Apr;23(3):255–263. doi: 10.1097/00003226-200404000-00007.

Бойко Э.В., Фокина Д.В., Рейтузов В.А. Алекперов С.И. Сравнение различных методов доставки левофлоксацина в переднюю камеру глаза. Офтальмологические ведомости. 2013;6(2):25–29.

Boiko EV, Fokina DV, Reituzov VA, Alekperov SI. The comparison of different drug delivery methods of levofloxacinin the anterior chamber. Ophthalmologi Reports. 2013;6(2):25–29 (In Russ.).

Гайсина Г.Я., Азнабаев М.Т., Азаматова Г.А., Мударисова Р.Х., Бадыкова Л.А., Сабиров О.К. Изучение концентрации моксифлоксацина во влаге передней камеры. Медицинский вестник Башкиркостана. 2016;11(1):116–118.

Gaisina GYa, Aznabaev MT, Azamatova GA, Mudarisova RH, Badykova LA, Sabirov OK. The study of moxifloxacin concentration in the aqueous humor of eye anterior chamber with different methods of its delivery. Bashkortostan medical journal. 2016;11(1):116–118 (In Russ.).

Cagini C, Piccinelli F, Lupidi M, Messina M, Cerquaglia A, Manes S, Fiore T, Pellegrino RM. Ocular penetration of topical antibiotics: study on the penetration of chloramphenicol, tobramycin and netilmicin into the anterior chamber after topical administration. Clin Exp Ophthalmol. 2013 Sep-Oct;41(7):644–647. doi: 10.1111/ceo.12087.

Егоров Е.А, Алексеев В.Н., Астахов Ю.С., Бржевский В.В., Бровкина А.Ф., Душин Н.В., Егоров А.Е., Егорова Г.Б., Ермакова Н.А., Кочергин С.А., Мошетова Л.К., Нероев В.В., Нестеров А.П., Полунин Г.С., Рыбакова Е.Г., Скатков С.А., Ставицкая Т.В., Танковский В.Э, Устинова Е.И. Рациональная фармакотерапия в офтальмологии. Руководство для практикующих врачей. М.: Литтерра, 2004. 33 c.

Egorov EA, Alekseev VN, Astahov YuS, Brzhevskiy VV, Brovkina AF, Dushin NV, Egorov AE, Egorova GB, Ermakova NA, Kochergin SA, Moshetova LK, Neroev VV, Nesterov AP, Polunin GS, Rybakova EG, Skatkov SA, Stavickaya TV, Tankovskiy VYe, Ustinova EI. Rationale for drug therapy in ophthalmology. A guidebook for medical practitioners. Moscow: Litterra Publ., 2004. 33 p. (In Russ.).

Шульгина Н.А., Догадова Л.П., Мельников В.Я., Негода В.И. Аминогликозиды и их рациональное использование при воспалительных заболеваниях глазного яблока. РМЖ. Клиническая офтальмология. 2012;1:36–38.

Shulgina NA, Dogadova LP, Melnikov VYa, Negoda VI. Aminoglycosides and their rational usage in inflammatory eye globe diseases. Literary review. RMJ Clinical Ophthalmology. 2012;1:36–38 (In Russ.).

Blondeau JM. New concepts in antimicrobial susceptibility testing: the mutant prevention concentration and mutant selection window approach. Vet Dermatol. 2009 Oct;20(5–6):383–396. doi: 10.1111/j.1365-3164.2009.00856.

Savchenko SS, Weinstein IA. Inhomogeneous Broadening of the Exciton Band in Optical Absorption Spectra of InP/ZnS Nanocrystals. Nanomaterials (Basel). 2019 May 9;9(5):716. doi: 10.3390/nano9050716.

Gaponenko SV. Optical Properties of Semiconductor Nanocrystals. Cambridge, UK: Cambridge University Press; 1998: 245. doi: 10.1017/CBO9780511524141.

Wu W, Aiello M, Zhou T, Berliner A, Banerjee P, Zhou S. In-situ immobilization of quantum dots in polysaccharide-based nanogels for integration of optical pH-sensing, tumor cell imaging, and drug delivery. Biomaterials. 2010 Apr;31(11):3023–3031. doi: 10.1016/j.biomaterials.2010.01.011.

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