Разработка структуры генератора сверхнизкоинтенсивных микроволновых, биомодулированных излучений для экспериментальных медико-биологических исследований

Цель исследования заключается в разработке аппарата микроволнового излучения сверхнизкой интенсивности в диапазоне 1 ГГц и мощности <10 мкВт, предназначенного для проведения медико-биологических экспериментальных исследований.

Методы. Научную работу выполнила трансляционная группа исследователей, включающая врачей-цито- логов для оценки эффективности биотехнической системы микроволнового воздействия на биологические объекты растительного происхождения и мезенхимальные стволовые клетки человека, а также биологов, инженеров, радиофизиков и программистов. Для решения поставленных задач использовалась методология системного анализа, теория принятия решений, теория управления и теория моделирования. В материалах статьи рассмотрена структура модуля генерации СВЧ-аппарата, структура и принципиальная электрическая схема таймера устройства. Даны обоснования выбора частот биомодуляции на основе фундаментальных принципов хронобиологии, учитывающих циклические процессы функционирования клеток, а именно элонгации цепи синтеза протеинов, ритмов микроциркуляции, работы центра терморегуляции, околочасовые циклы клеточного деления и синтеза РНК.

Результаты. На основании проведенных исследований разработана и представлена структура низкочастотного биомодулятора. Функционирование аппарата обеспечивает разработанный программный код микроконтроллера. Разработанный макетный образец аппарата был протестирован при помощи анализатора спектра и сигналов немецкой фирмы: ROHDE & SCHVARZ FSV SIGNAL ANALYZER 5 kHz 40 GHz. Снятый с рамочной антенны аппарата сигнал имел частоту 1000 МГц с добротностью сигнала 100 кГц.

Заключение. Показан положительный эффект влияния сверхнизкоинтенсивного микроволнового излучения на мезенхимальные стволовые клетки (МСК). Выявлено достоверное увеличение интенсивности флуоресценции МСК в режиме низкочастотной биомодуляции.

1. Human Multipotent Mesenchymal Stromal Cell-Derived Extracellular Vesicles Enhance Neuroregeneration in a Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury / S. V. Demyanenko, M. A. Pitinova, Y. N. Kalyuzhnaya, A. M. Khaitin, S. A. Batalshchikova, N. M. Dobaeva, Y. A. Shevtsova, K. V. Goryunov, E. Y. Plotnikov, S. G. Pashkevich, G. T. Sukhikh, D. N. Silachev // International Journal Molecular Sciences. 2022. N 23 (15). P. 8583. https://doi.org/10.3390/ijms23158583.

2. Xiao L., Nasu M. From regenerative dentistry to regenerative medicine: progress, challenges, and potential applications of oral stem cells // Stem Cells and Cloning: Advances and Applications. 2014. N 7. P. 89-99.

3. Potdar P. D., Jethmalani Y. D. Human dental pulp stem cells: Applications in future regenerative medicine // World J. Stem Cells. 2015. N 7 (5). P. 839-851.

4. Bakopoulou A., About I. Stem cells of dental origin: Current research trends and key milestones towards clinical application // Stem Cells International. 2016. N 1. P. 1-20. https://doi.org/10.1155/2016/4209891.

5. Narang S., Sehgal N. Stem cells: A potential regenerative future in dentistry // Indian J. Hum. Genet. 2012. N 18 (2). P. 150-154.

6. Грудянов А. И., Сысоева В. Ю., Терновой Ю. В. Стволовые клетки и возможности их применения в пародонтологии // Стоматология. 2012. № 1 (1). С. 18-29.

7. Kim J.-Y., Kim M.-R., Kim S.-J. Modulation of osteoblastic/odontoblastic differentiation of adult mesenchymal stem cells through gene introduction: A brief review // J. Korean Assoc. Oral Maxillofac. Surg. 2013. N 39. P. 55-62.

8. Perez-Silos V., Camacho-Morales A., Fuentes-Mera L. Mesenchymal stem cells subpopulations: Application for orthopedic regenerative medicine // Stem Cells International. 2016. N 2. P. 1-9. https://doi.org/10.1155/2016/3187491.

9. Влияние импульсного низкоинтенсивного лазерного излучения красного (635 нм) и инфракрасного (904 нм) спектров на мезенхимальные стволовые клетки человека in vitro / С. В. Москвин, Д. Ю. Ключников, Е. В. Антипов, С. Е. Волчков, О. Н. Киселева // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2014. № 91 (6). C. 40-47.

10. Li W. T., Chen C. W., Huang P. Y. Effects of low level light irradiation on the migration of mesenchymal stem cells derived from rat bone marrow // Conference Proceedings IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2013. P. 4121-4124.

11. Blue laser irradiation generates intracellular reactive oxygen species in various types of cells / T. Kushibiki, T. Hirasawa, S. Okawa, M. Ishihara // Photomed. Laser Surg. 2013. N 31 (3). P. 95-104.

12. Казначеев В. П., Михайлова Л. П. Сверхслабые излучения в межклеточных взаимодействиях. Новосибирск: Наука, 1981. 275 с.

13. Бурлакова Е. Б., Конрадов А. А., Мальцева Е. Л. Действие сверхмалых доз биологически активных веществ и низкоинтенсивных физических факторов // Химическая физика. 2003. Т. 22, № 2. С. 21-40.

14. Background millimeter radiation influence in cardiology on patients with metabolic and pre-metabolic syndrome / F. A. Pyatakovich, S. Caramel, S. Stagnaro, T. I. Yakunchenko, K. F. Makkonen, O. N. Moryleva // Journal of Infrared and Millimeter Waves. 2014. N 33 (1). P. 1-18.

15. Загускин С. Л. Методы и устройства хронодиагностики и биоуправляемой хронофизиотерапии // Современные вопросы биомедицины. 2018. T. 2 (3). С. 71-79.

16. Персонифицированная сверхнизкоинтенсивная ДМВ-терапия у больных сахарным диабетом II типа / Ф. А. Пятакович, О. В. Мевша, Т. И. Якунченко, К. Ф. Макконен // Курортная медицина. 2018. № 3. C. 70-72.

17. Introducing a Polypyrrole (PPy)-Manganese Ferrite (MnFe2O4) Nanocomposite Based Microwave Absorber for Studying the Effect of the Radiation on the Modification of the Patient’s Functional State / F. A. Pyatakovich, O. V. Mevsha, T. I. Yakunchenko, K. F. Makkonen, V. M. Uvarov // J. Nanostruct. 2022. N 12 (2). P. 245-253. https://doi.org/10.22052/JNS.2022.02.003.

18. Петросян В. И. Радиофизика воды и жизни. Вода, парадоксы и величие малых величин. Verlag: LAP LAMBERT Academic Publishing Ru, 2017. 500 с.

19. Петросян В. И. Aqua-фазо-волновая природа канцерогенеза. Канцерогенные и терапевтические радиоволны биосферы. Verlag: LAP LAMBERT Academic Publishing Ru, 2018. 96 с.

20. Translational Research in the Development of a Gaming Bio-Controlled Module / F. A. Pyatakovich, T. I. Yakunchenko, K. F. Makkonen, O. V. Mevsha // Jour of Adv Research in Dynamical & Control Systems. 2018. Vol. 10. P. 1847-1852.