Самарские ученые разработают универсальный метод оптической диагностики почечной недостаточности и других патологий

Почечную недостаточность и другие патологии можно будет выявлять за считанные минуты, просто посветив на кожу пациента специальным лазерным спектроанализатором, подключенным к ноутбуку. Он улавливает изменения в биохимическом составе кожи, проявляющиеся при характерных метаболических процессах в организме человека.

Вместе с прибором ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П.Королева разрабатывают универсальный метод оптической диагностики (1) социально значимых заболеваний, который должен облегчить работу врачей и ускорить процесс определения болезни. Исследования проводятся совместно с коллегами из Самарского государственного медицинского университета. Результаты исследований самарских ученых по теме оптической диагностики опубликованы в одном из наиболее авторитетных научных журналов в сфере исследований взаимодействия света и биологических тканей - Journal of Biophotonics.

"Цель нашего проекта (2) - создание метода анализа кожи человека с возможностью обнаружения таких физиологических состояний организма, как почечная недостаточность, с учетом возрастной и гендерной принадлежности. Планируется разработать универсальный оптический метод, который будет включать в себя исследование кожи с помощью рамановской спектроскопии (3) с последующим многомерным анализом полученных экспериментальных данных. Для анализа баз данных спектральных особенностей кожи пациентов будут использоваться в том числе нейронные сети, что даст возможность создать самообучающийся алгоритм выявления метаболических изменений в организме человека", - рассказала младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Фотоника», аспирант кафедры лазерных и биотехнических систем Самарского университета Людмила Братченко.

По ее словам, социально значимые заболевания изменяют водный, электролитический и азотный баланс в теле человека и провоцируют ряд других изменений в метаболизме организма. На особенности метаболизма и компонентный состав кожи также влияют гендерные и возрастные факторы. Рамановская спектроскопия позволяет выявить эти изменения и особенности.

"Изменение нормального метаболизма сопровождается изменением компонентного состава тканей организма, в том числе кожи. Поэтому по анализу кожи можно выявить различные патологии, например, болезни почек, или развитие новообразований", - сказала Людмила Братченко.

Проект основывается на результатах ранее проведенных учеными Самарского университета и Самарского государственного медицинского университета исследований, посвященных оптической диагностике новообразований кожи и заболеваний почек (4). Экспериментальные обследования пациентов с помощью оптической биопсии кожи проводились на базе Самарской областной клинической больницы имени В.Д. Середавина.

"Используя оптическую биопсию кожи для определения биохимических свойств кожи с применением лазерного излучения и рамановского эффекта, можно получить данные о том, есть ли у обследуемого человека болезни почек. В отличие от других способов диагностики здесь не требуется ни оперативного вмешательства, ни забора крови и других инвазивных процедур. Предложенный нами подход позволяет за считанные минуты определить, развиваются ли у пациента болезни почек, и при этом никак не вредит пациенту", - подчеркнул доцент кафедры лазерных и биотехнических систем Самарского университета Иван Братченко. 

По его словам, всего в ходе экспериментов в больнице имени Середавина было обследовано 85 человек. Ученые направляли спектроанализатор на предплечье пациента и в течение одной минуты фиксировали получаемую с кожи спектральную информацию, после чего она обрабатывалась в течение считанных минут. Точность такого способа диагностики заболеваний почек оказалась в результате достаточно высока - для различных возрастных групп она составила порядка 96-98%.

В рамках проекта по оптической диагностике патологий планируется обследовать около 100 человек – как совершенно здоровых людей, так и страдающих различными болезнями, в том числе пациентов, находящихся на гемодиализе. Исследования будут проводиться с помощью экспериментального стенда с портативным спектроанализатором, будет использоваться лазер с длиной волны возбуждения 785 нм. Для анализа получаемых данных будут опробованы различные варианты классификаторов.

"Предлагаемый метод анализа спектральных характеристик кожи позволит создать принципиально новый подход для исследования физиологических состояний организма человека. В частности, разрабатываемый нами метод может стать основой анализа состояния пациентов с хроническими заболеваниями почек. Согласно статистике Всемирной организации здравоохранения, почти 10% населения планеты страдает от заболеваний почек, миллионы людей ежегодно умирают от патологий почек. Наши исследования также позволят существенно продвинуться в плане развития высокотехнологичных оптических устройств неинвазивной диагностики", - отметила Людмила Братченко.

Справочно

(1) При оптической неинвазивной диагностике используется оптическое (как правило, с использованием лазера) исследование тканей пациента. Анализ получаемых при исследовании спектральных данных позволяет установить биохимические изменения, происходящие в тканях при развитии различных физиологических состояний, в том числе заболеваний.

(2) Проект реализуется в рамках гранта РФФИ, полученного по итогам конкурса на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными, обучающимися в аспирантуре. Срок реализации проекта - два года. Размер гранта – 1,2 млн рублей.

(3) Рамановская спектроскопия - вид спектроскопии, использующий способность исследуемых молекул к комбинационному рассеянию монохроматического света (лазерного излучения). В спектре рассеянного излучения появляются спектральные линии, которых нет в спектре первичного (возбуждающего) света. Число и расположение появившихся линий спектра определяется молекулярным строением исследуемого вещества, что позволяет зафиксировать наличие определенных изменений в биотканях.

(4) Предыдущие результаты научных изысканий ученых Самарского университета, посвященных диагностике опасных заболеваний с применением лазерного излучения и эффекта Рамана опубликованы в известных международных журналах: Journal of Biomedical optics, Journal of Biophotonics, Optical Engineering.