Диалог с клеткой: диагностическая real-time технология на основе лазерной интерферометрии

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье дан обзор современных методов интерференционной микроскопии живых функционирующих клеток, позволяющих на макромолекулярном уровне исследовать динамику субклеточных микроструктур в режиме реального времени с формированием двумерных и трехмерных реконструкций изображения и проведением многопараметрового анализа данных. Показана возможность получения новой диагностической информации в рамках научной методологии так называемого интерактивного диалога с клеткой с целью выявления изменений морфофункционального состояния живых клеток при регистрации их отклика на изменение внешних условий в реальном времени. Описаны физические основы лазерной интерферометрии, проблемы и особенности интерпретации фазовых изображений клеток. В качестве иллюстрации практического использования технологии в условиях клиники представлены собственные результаты исследования морфофункционального состояния тромбоцитов периферической крови у пациентов со злокачественными опухолями ротовой полости и разными стадиями опухолевого процесса. Анализ циркулирующей популяции тромбоцитов с использованием технологии лазерной интерферометрии реального времени позволил выявить наличие компенсированной активации тромбоцитарного звена гемостаза у обследованных больных, зависимость между тяжестью онкологического заболевания и изменением размерных параметров клеток (увеличение средних значений диаметра и площади циркулирующих тромбоцитов на 23,4, 26,8 и 30,3%, и на 30,2, 32,5 и 38,1% у пациентов со II, III и IV стадиями злокачественных опухолей ротовой полости соответственно; p < 0,05 для всех сравнений). Отмечено, что условием масштабирования новых диагностических технологий служит проведение критической оценки эффективности их практической реализации, выявление преимуществ, недостатков и различий между существующими и предлагаемыми диагностическими платформами.

Об авторах

И. А. Василенко

ФГБОУ ВО «Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)»;
ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»

Автор, ответственный за переписку.
Email: vasilenko0604@gmail.com

Василенко Ирина Анатольевна – доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры прикладной математики и программирования ФГБОУ ВО «Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)»; заведующая научно-исследовательской лабораторией ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»

117997, г. Москва, ул. Садовническая, 33–1, 129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2

Россия

В. Б. Метелин

ФГБОУ ВО «Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)»;
ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»

Email: fake@neicon.ru

Метелин Владислав Борисович – кандидат биологических наук, доцент кафедры клинической психологии ФГБОУ ВО «Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)»; ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»

117997, г. Москва, ул. Садовническая, 33–1, 129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2

Россия

П. С. Игнатьев

АО «Производственное объединение «Уральский оптико-механический завод им. Э.С. Яламова»

Email: fake@neicon.ru

Игнатьев Павел Сергеевич – кандидат физико-математических наук, главный конструктор 

620100, г. Екатеринбург, ул. Восточная, 33Б

Россия

З. З. Кардашова

ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»

Email: fake@neicon.ru

Кардашова Зивер Заиддин кызы – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории 

129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2

Россия

Р. А. Лифенко

ГБУЗ СК «Минераловодская районная больница»

Email: fake@neicon.ru

Лифенко Роман Александрович – кандидат медицинских наук, главный врач 

357202, г. Минеральные Воды, ул. Гагарина, 67А

Россия

Список литературы

  1. Шляхто ЕВ, Конради АО, Галагудза ММ. Трансляционная медицина: вчера, сегодня, завтра. Вестник Росздравнадзора. 2016;(1):47–51.
  2. Waf A, Mirnezami R. Translational-omics: Future potential and current challenges in precision medicine. Methods. 2018;151:3–11. doi: 10.1016/j.ymeth.2018.05.009.
  3. Park Y, Choi W, Yaqoob Z, Dasari R, Badizadegan K, Feld MS. Speckle-feld digital holographic microscopy. Opt Express. 2009;17(15): 12285–92. doi: 10.1364/OE.17.012285.
  4. Черная ВВ, Боровицкий ВН. Сравнительный анализ современных голографических и интерференционных микроскопов. Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. 2010;(2):36–43.
  5. Вишняков ГН, Левин ГГ, Минаев ВЛ, Цельмина ИЮ. Интерференционная микроскопия субнанометрового разрешения по глубине. Экспериментальные исследования. Оптика и спектроскопия. 2014;116(1):170–5. doi: 10.7868/S003040341401022X.
  6. Тычинский ВП. Когерентная фазовая микроскопия внутриклеточных процессов. Успехи физических наук. 2001;171(6):649–62. doi: 10.3367/UFNr.0171.200106e.0649.
  7. Garini Y, Vermolen BJ, Young IT. From micro to nano: recent advances in high-resolution microscopy. Curr Opin Biotechnol. 2005;16(1): 3–12. doi: 10.1016/j.copbio.2005.01.003.
  8. Shaked NT, Zhu Y, Rinehart MT, Wax A. Twostep-only phase-shifting interferometry with optimized detector bandwidth for microscopy of live cells. Opt Express. 2009;17(18):15585– 91. doi: 10.1364/OE.17.015585.
  9. Tychinsky VP, Tikhonov AN. Interference microscopy in cell biophysics. 1. Principles and methodological aspects of coherent phase microscopy. Cell Biochem Biophys. 2010;58(3): 107–16. doi: 10.1007/s12013-010-9114-z.
  10. Anna T, Srivastava V, Mehta DS, Shakher C. High-resolution full-feld optical coherence microscopy using a Mirau interferometer for the quantitative imaging of biological cells. Appl Opt. 2011;50(34):6343–51. doi: 10.1364/AO.50.006343.
  11. Swedlow JR. Innovation in biological microscopy: current status and future directions. Bioessays. 2012;34(5):333–40. doi: 10.1002/bies.201100168.
  12. Тычинский ВП. Динамическая фазовая микроскопия: возможен ли «диалог» с клеткой? Успехи физических наук. 2007;177(5):535–52. doi: 10.3367/UFNr.0177.200705c.0535.
  13. Казакова ТА, Новиков СМ, Левин ГГ, Максимов ГВ. Исследование состояния цитоплазмы нейрона методом динамической фазовой микроскопии. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2014;(4): 25–31.
  14. Вышенская ТВ, Болотова АА, Василенко ИА, Звержховский ВД, Болдырев ДВ, Кретушев АВ, Евдокимов АА. Метод определения цитотоксического потенциала по фазовым изображениям CD8+ лимфоцитов. Биофизика. 2016;61(3):523–7.
  15. Jiang W, Yin Z. Seeing the invisible in differential interference contrast microscopy images. Med Image Anal. 2016;34:65–81. doi: 10.1016/j.media.2016.04.010.
  16. Cherkezyan L, Zhang D, Subramanian H, Capoglu I, Taflove A, Backman V. Review of interferometric spectroscopy of scattered light for the quantifcation of subdiffractional structure of biomaterials. J Biomed Opt. 2017;22(3):30901. doi: 10.1117/1.JBO.22.3.030901.
  17. Власова ЕА, Василенко ИА, Суслов ВП, Пашкин ИН. Динамика морфометрических показателей тромбоцитов периферической крови как критерий оценки тромбогенности диализных мембран. Урология. 2011;(2): 36–41.
  18. Лысенко МА, Метелин ВБ, Баранова НВ. Опыт применения инновационных клеточных технологий в диагностике эндометриоидных кист яичников. Медицинский вестник Северного Кавказа. 2012;2(26):33–6.
  19. Золотовская ИА, Давыдкин ИЛ, Лимарева ЛВ, Сустретов АС. Взаимосвязь эндотелиальной дисфункции и параметров оксигенации мембран эритроцитов у пациентов с фибрилляцией предсердий, перенесших кардиоэмболический инсульт. Успехи геронтологии. 2018;31(3):379–86.
  20. Gjörloff-Wingren A. Quantitative phase-contrast imaging-A potential tool for future cancer diagnostics. Cytometry A. 2017;91(8):752–3. doi: 10.1002/cyto.a.23104.
  21. Bettenworth D, Bokemeyer A, Poremba C, Ding NS, Ketelhut S, Lenz P, Kemper B. Quantitative phase microscopy for evaluation of intestinal inflammation and wound healing utilizing label-free biophysical markers. Histol Histopathol. 2018;33(5):417–32. doi: 10.14670/HH-11-937.
  22. Левин ГГ, Золотаревский СЮ. Количественная фазовая микроскопия на основе принципов интерференционной рефрактометрии. Метрология. 2008;(3):15–21.
  23. Игнатьев ПС, Индукаев КВ, Лопарев АВ, Осипов ПА. Исследование оптических свойств наноструктур методом модуляционной интерференционной микроскопии. Оптический журнал. 2011;78(1):26–31.
  24. Булыгин ФВ, Золотаревский СЮ, Кононогов СА, Илюшин ЯА, Левин ГГ, Лясковский Л. Анализ методов сверхразрешения в оптической интерференционной микроскопии. Метрология. 2013;(8):22–30.
  25. Болотова АА, Звержховский ВД, Вышенская ТВ, Кретушев АВ, Евдокимов АА. Информативность фазовых изображений биологических клеток. В: Булатов МФ, ред. Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике («МНТК ФТИ-2017»). Сборник научных трудов. Вып. 23. М.: МИРЭА; 2017. c. 616–9.
  26. Kvilekval K, Fedorov D, Obara B, Singh A, Manjunath BS. Bisque: a platform for bioimage analysis and management. Bioinformatics. 2010;26(4):544–52. doi: 10.1093/bioinformatics/btp699.
  27. Hiner MC, Rueden CT, Eliceiri KW. SCIFIO: an extensible framework to support scientifc image formats. BMC Bioinformatics. 2016;17(1): 521. doi: 10.1186/s12859-016-1383-0.
  28. Contursi A, Grande R, Dovizio M, Bruno A, Fullone R, Patrignani P. Platelets in cancer development and diagnosis. Biochem Soc Trans. 2018;46(6):1517–27. doi: 10.1042/BST20180159.
  29. Василенко ИА, Гаспарян СА, Антонова ИШ, Савушкин АВ, Бабакова СВ. Динамика показателей тромбоцитарного звена гемостаза при физиологическом течении беременности. Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии. 2006;5(4):5–12.
  30. Heemskerk JW, Mattheij NJ, Cosemans JM. Platelet-based coagulation: different populations, different functions. J Thromb Haemost. 2013;11(1):2–16. doi: 10.1111/jth.12045.
  31. Osman A, Hitzler WE, Provost P. The platelets' perspective to pathogen reduction technologies. Platelets. 2018;29(2):140–7. doi: 10.1080/09537104.2017.1293806.
  32. Olsson AK, Cedervall J. The pro-inflammatory role of platelets in cancer. Platelets. 2018;29(6): 569–73. doi: 10.1080/09537104.2018.1453059.
  33. Сомонова ОВ, Маджуга АВ, Елизарова АЛ. Тромбозы и тромбоэмболии в онкологии. Современный взгляд на проблему. Злокачественные опухоли. 2014;(3):172–6. doi: 10.18027/2224-5057-2014-3-172-176.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Василенко И.А., Метелин В.Б., Игнатьев П.С., Кардашова З.З., Лифенко Р.А., 2018

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах