ASSESSMENT AND CONTROL OF THE PENETRATION OF DRUGS INTO BIOLOGICAL TISSUES UNDER THE INFLUENCE OF A MAGNETIC FIELD

ISSN (e) 2663-3450, ISSN (p) 0321-2211 Прилади і системи біомедичних технологій УДК 615.847.8 ОЦІНКА ТА КОНТРОЛЬ ПРОНИКАННЯ ЛІКАРСЬКИХ РЕЧОВИН В БІОЛОГІЧНІ ТКАНИНИ ПІД ДІЄЮ МАГНІТНОГО ПОЛЯ Рогожніков Р. А., Терещенко М. Ф. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна E-mail: , Досліджено та системно проаналізовано процеси оцінки та контролю проникнення лікарських речовин в біологічні тканини під дією магнітного поля. Основною задачею роботи є вдосконалення методів оцінки проникнення магнітного поля та лікарських речовин в біологічні тканини. Приведено математичну модель оцінки глибини проникнення лікарських речовин в біологічне середовище та експериментальні дослідження впливу параметрів магнітного поля на глибини проникнення лікарських речовин в біологічні тканини, з подальшим аналізом результатів. Детально розглянуто особливості математичної моделі проникнення лікарської речовини через кліткову мембрану та враховані фактори фізичних властивостей мембрани, параметрів магнітного поля, впливу змін температур та концентрація іонів. Запропонована модель дозволяє ефективно враховувати взаємодію різних факторів із значенням магнітної індукції. Висвітлено вплив дифузійних процесів для регулювання обміну речовин у клітинних системах та розглянуто їхню роль у прониканні лікарських речовин через шкіряні покрови. Представлено модель, що описує проникнення лікарських речовин в біологічні тканини через параметри магнітної індукції. Зазначено, що дослідження проникнення лікарських речовин в біологічні тканини є важливим для фармацевтичних досліджень та розробки нових методів доставки лікарських препаратів. Модель, представлена в роботі, може слугувати потужним інструментом для оптимізації параметрів систем магнітної терапії та поліпшення ефективності лікування. Представлена методика дослідження проникнення лікарських речовин та проведення експериментів з оцінкою, вимірюванням глибини проникнення. Отримані результати досліджень можуть бути використані для подальшого вдосконалення методів магнітної терапії та розробки нових лікувальних стратегій. Ключові слова: автоматизована система магнітної терапії; дифузійні процеси; магнітна індукція; глибина проникнення лікарських речовин; транспортні механізми клітини. Вступ Внаслідок постійного розширення можливостей медичних технологій та наукових досліджень, розробка та вдосконалення методів доставки лікарських речовин (ЛЧ) в біологічні тканини (БТ) стає стратегічно важливим завданням для сучасної медицини. Однією з інноваційних концепцій у цьому напрямку є застосування автоматизованої системи магнітної терапії (АСМТ), яка відкриває нові перспективи в контролі проникнення лікарських речовин у біологічні тканини [1, 2]. Магнітна терапія стала об'єктом пильної уваги завдяки своїй неінвазивності та потенційно високій ефективності в лікуванні різних захворювань [3]. Застосування магнітних полів дозволяє впливати на клітини, молекули та системи в організмі, сприяючи контрольованому відкриттю мембран і, отже, полегшуючи проникнення лікарських речовин. Автоматизована система магнітної терапії виходить за рамки традиційних методів, надаючи можливість програмування точних параметрів магнітного впливу, інтегруючи сучасні технології у процес доставки лікарських препаратів [4, 5]. Сутність автоматизованої системи полягає у вдосконаленні самого процесу магнітної терапії. Це містить в себе не лише точне налаштування значень магнітного поля, але й здатність моніторингу проникнення лікарських речовин в клітини та тканини об’єкта. Такий контроль стає важливим елементом в забезпеченні ефективності та безпеки лікування, уникаючи можливих побічних ефектів та максимізуючи терапевтичний потенціал. У цій статті розглянуто ключові аспекти функціонування автоматизованої системи магнітної терапії, проведено моделювання та експериментальне дослідження на біологічних тканинах з метою визначення глибини проникнення лікарських речовин при використанні автоматизованої системи магнітної терапії, представлено результати досліджень, які підтверджують її переваги в області контролю проникнення лікарських речовин в БТ. Для проведення моделювання використовувалися параметри взаємодії БТ із магнітним полем, та встановлена залежність, що описує взаємодію магнітного поля з речовинами в тканинах та розглянуто вплив параметрів автоматизованої системи магнітної терапії на проникнення лікарських речовин [6, 7]. Для вимірювання необхідних значень глибини на експериментальному дослідженні використовувався мікрометр. Вісник КПІ. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ, Вип. 66(2), 2023. 105 ISSN (e) 2663-3450, ISSN (p) 0321-2211 Прилади і системи біомедичних технологій Мета роботи. Робота полягає в дослідженні та системному аналізі процесу контролю проникнення лікарських речовин в біологічні тканини з використанням автоматизованої системи магнітної терапії. Основні завдання роботи: - створення математичної моделі глибини проникнення речовин під дією магнітного поля у біологічну тканину; - проведення експериментального дослідження по оцінці впливу параметрів магнітного поля автоматизованих систем магнітної терапії (АСМТ) на показниках проникності лікарської речовини в біосередовище; - обробка та аналіз отриманих результатів. Опис математичної моделі глибини проникнення лікарської речовини у біологічну тканину. Здатність речовини проникати через шкірні покрови визначається її проникністю, яка визначається здатністю дифундувати через мембрани першого порядку. Ці мембрани, як правило, утруднюють проходження іонів, але пропускають нейтральні молекули з вираженими ліпофільними властивостями. Процес проникнення регулюється законом Фіка, який можна виразити за допомогою формули [8, 9]: (1) J s  K p  Cs , де Js – потік надходження речовини; Kр – константа проникності; ΔСs – різниця концентрацій по обидві сторони мембрани. Р. Трегір, підбиваючи підсумки різноманітної інформації, викладеної в наукових джерелах, дійшов висновку, що у більшості випадків проникнення речовин через шкіру базується на законі Фіка та може бути математично виражено відповідним рівнянням [10, 11]: K Д (2) J s  m m  Cs ,  де Km – коєфіцієнт розподілу речовини між мембраною та розчинником; Дm – константа дифузії для розчиненої речовини в мембрані; δ – товщина мембрани. У процесі проникнення розчиненої речовини через пори кліткової мембрани відзначається його напрямок від зовнішнього середовища всередину клітини. Важливо відзначити, що під час цього процесу речовина не утворює реакцій з іншими молекулами, а її рух спрямований відповідно до концентраційного градієнту [12]. Швидкість простої дифузії визначається температурою, властивостями розчиненої речовини та її ступенем ліпідної розчинності. Згідно з рівнянням (3), яке було представлено фізіологом А. Фіком, швидкість дифузії може бути описана в контексті зазначених факторів [13]: C  C2 C   Д  S  lim 1 , (3) l 0 t Д 106 де C t  швидкість дифузії (зміна концентрації, яка дифундує за одиницю ч (...truncated)