Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В ходе первого года выполнения проекта получены следующие результаты: 1) Предложена количественная модель эффективности ионофореза выбранных активных веществ (катехоламины, селегилин) в область кожи под волоконно-оптическим зондом. Для количественной оценки эффективности ионофореза катехоламинов и ингибиторов моноаминоксидазы предложена модель активного транспорта поляризованных молекул через кожу, модифицированная в части рассмотрения кожи как двухслойного объекта, состоящего из эпидермиса, не содержащего кровеносных сосудов, и дермиса, содержащего капилляры и питающие их артериолы. Для решения задачи определения времени, по истечении которого можно считать, что весь диагностический объем оптоволоконного зонда полностью насыщен субстратом МАО, была адаптирована математическая модель ионофореза постоянным стабилизированным током в форме модифицированного диффузного уравнения. 2) Получена математическая модель расчета активности фермента МАО на основании измеряемых оптических сигналов, в том числе учитывающая влияние содержания крови на получаемую оценку активности. В качестве количественной характеристики активности фермента МАО предложено использование параметра доли ФАД, связанного с ферментом МАО и вносящего вклад в общий сигнал флуоресценции в спектральной области эмиссии флавинов. Получено количественное выражение для расчета данного параметра на основании измеряемых оптических сигналов. 3) Выполнены предварительные эксперименты на малых лабораторных животных (крысы Вистар) по определению активности МАО предложенным методом. В результате исследований была разработана и исследована новая методика измерения параметров времени жизни флуоресценции в выделенных митохондриях одновременно с измерениями кислородным электродом, что позволяет проводить исследования взаимосвязи активности МАО с активностью ферментов дыхательной цепи митохондрий. С использованием предложенной методики получены новые результаты динамики параметров времени жизни флуоресценции при воздействии адреналина и селегилина на изолированные митохондрии. 4) Выполнена разработка и проведено тестирование новых методик измерений. По итогу первого года выполнения проекта, были разработаны несколько экспериментальных методик, позволяющих реализовывать измерения с использованием оптоволоконной системы регистрации времени жизни флуоресценции и совмещать ее с другими методами измерения (например, со спектроскопией диффузного отражения, лазерной доплеровской флоуметрией) для получения дополнительной диагностической информации. Применение различных функциональных проб и воздействий, предусмотренных в рассматриваемых выше методах, позволяют: оценивать функциональное состояние регуляторных систем организма (применение локального нагрева/охлаждения, артериальной окклюзии), обеспечивать чрескожное введение препарата в организм человека (применение ионофореза). 5) Получены новые знания о двухфотонной активации бактериальных фитохромов, перспективных для создания новых исследовательских инструментов в клеточной и молекулярной биологии. 6) Представлена технология изготовления оптических фантомов, воспроизводящих параметры флуоресценции ФАД, позволяющая создавать твердые эластичные структуры с равномерно распределенными в ней флуорофорами и частицами-рассеивателями. Такой подход позволяет моделировать флуоресцентные свойства флавинов в тканях человека с возможностью варьирования концентраций исследуемых флуорофоров и может быть использован для калибровки и настройки разработанной системы регистрации времени жизни флуоресценции. Все заявленные в проекте работы на первый год выполнены в полном объеме. По результатам работы за отчетный период опубликовано 4 работы, из которых 2 – рецензируемые публикации индексируемые в БД Scopus/Web of Science и входящие в квартиль изданий Q1, одна публикация, входящая в квартиль Q4. Результаты работы были представлены на 1 международной и одной всероссийской конференциях. Один доклад принят на конференцию European Conferences on Biomedical Optics (ECBO) 2021 и будет представлен 26 июня 2021. Сведения о данном проекте (новости, опубликованные статьи, постеры, фотографии с мероприятий и т.д.) публикуются: - на сайте научно-технологического центра биомедицинской фотоники ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева» (http://www.bmecenter.ru); - на YouTube канале «R&D Center of Biomedical Photonics» (https://www.youtube.com/channel/UC4BZUcROfHhAUCr7q1B_mfw); - в инстаграм-аккаунте НТЦ биомедицинской фотоники (https://www.instagram.com/biomedical_photonics/); - в группе социальной сети «Вконтакте» НТЦ биомедицинской фотоники (https://vk.com/bmecenter). Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту: - http://oreluniver.ru/media/news/show/1/9482 (новость о подведении итогов Конкурса РНФ 2020 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными»); - https://www.facebook.com/groups/orel.science57/permalink/3807863579240869/ (новость о подведении Конкурса РНФ 2020 года); - https://vk.com/wall-15522222_2076 (новость о подведении Конкурса РНФ 2020 года); - https://www.youtube.com/watch?v=ILFVD2xxczI (видео о направлениях деятельности Научно-технологического центра биомедицинской фотоники); - https://ogtrk.ru/novosti/82695.html (репортаж в программе «Вести-Орёл» от 16 марта 2021 года); - https://www.facebook.com/groups/orel.science57/permalink/4510886822271871/ (новость о репортаже корреспондента ГТРК «Орел» Елены Литинской); - https://www.instagram.com/p/CMfIGrjjZKl/ (новость о репортаже корреспондента ГТРК «Орел» Елены Литинской); - https://www.kvantorium57.ru/post/клетка-здравого-ума (новость о проведении открытой лекции «Клетка здравого ума»); - https://vk.com/wall-181631594_2125 (новость о проведении открытой лекции «Клетка здравого ума»); - https://www.facebook.com/groups/orel.science57/permalink/4493260707367816/ (новость о проведении открытой лекции «Клетка здравого ума»); - https://www.youtube.com/watch?v=hErXYCDKqAA (видео открытой лекции "Клетка здравого ума", Кванториум Орел, 4.03.2021); - https://vk.com/video-62444393_456239222 (репортаж о новых биомедицинских исследованиях молодых ученых ОГУ им. И.С.Тургенева); - http://oreluniver.ru/media/news/show/1/10987 (новость об успешном выступлении студентов ОГУ на X Конгрессе молодых ученых).

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В ходе второго года реализации проекта с помощью FLIM-микроскопии была исследована и выявлена высокая по сравнению с нормальной клеточной культурой межклеточная гетерогенность метаболизма в клетках фибробластов кожи, полученных от пациентов с наследственной формой болезни Паркинсона, характеризующейся в том числе нарушениями работы моноаминоксидаз (МАО). Получены данные, свидетельствующие о том, что внесение адреналина к клеткам приводит к выраженному росту флуоресценции и к выраженному снижению параметра времени жизни флуоресценции tm, который дает оценку доли ФАД и флавинов, связанных с белками. Была выявлена закономерность способности селеджилина существенно блокировать наблюдаемый рост интенсивности флуоресценции. Также данный ингибитор МАО снижал базовый уровень регистрируемого времени жизни флуоресценции до внесения адреналина. Предложен разработанный принцип получения диагностической информации, основанный на совместном применении методов флуоресентной спектроскопии и времени жизни флуоресценции, а также методология многопараметрической оптической диагностики клеток биологических тканей и экспериментальная система основывающаяся на счете одиночных фотонов с корреляцией по времени, интегрируемая в компактный оптический зонд, которые позволили провести регистрацию интенсивности и времени жизни флуоресценции ФАД кожи in vivo и in situ для дальнейшей оценки активности МАО. Таким образом, в ходе исследования была подтверждена принципиальная возможность регистрировать эффекты влияния адреналина и селеджилина транскутанно in vivo и in situ, а также потенциально использовать предложенные метод и устройство для выявления особенностей метаболических изменений в клетках тканей при различных состояниях активности МАО. Проведены измерения и анализ параметров времени жизни флуоресценции до и после ингибирования активности МАО. Также были получены и изучены типовые временные сигналы динамики параметров времени жизни флуоресценции клеток тканей кожи при воздействии функциональных тепловой и окклюзионной проб, а также в присутствие антиоксиданта тролокс. При анализе полученных данных были получены выводы о различии в измеренных параметрах интенсивности и времени жизни флуоресценции между добровольцами, входящими в группу курящих, и группой некурящих добровольцев. Также была разработана и собрана двухканальная экспериментальная система визуализации тканей, комбинирующая гиперспектральные измерения и метод визуализации времени жизни флуоресценции в частотной области. Полученные с помощью установки данные параметров флуоресценции, полученные на коже предплечья при ионофорезе катехоламинов, согласуются с полученными ранее данными при исследовании клеточных культур, а также при проведении точечных измерений с помощью с системы с волоконно-оптическим зондом. Все заявленные в проекте работы на второй год выполнены в полном объеме. По результатам работы за отчетный период (с 1 июля 2021 г. по 30 июня 2022 г.) опубликовано 3 работы, из которых 1 – публикация, индексируемая в БД Scopus/Web of Science и две публикации в журналах из перечня ВАК. Результаты работы были представлены на 2 международных конференциях. Сведения о данном проекте (новости, опубликованные статьи, постеры, фотографии с мероприятий и т.д.) публикуются: - на сайте научно-технологического центра биомедицинской фотоники ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева» (http://www.bmecenter.ru); - в группе социальной сети «Вконтакте» НТЦ биомедицинской фотоники (https://vk.com/bmecenter); - на YouTube канале «R&D Center of Biomedical Photonics» (https://www.youtube.com/user/BmeCenterOrel). Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту: 1) Новость об участии в международной конференции European Conferences on Biomedical Optics http://oreluniver.ru/media/news/show/1/11585 http://www.bmecenter.ru/ru/node/683 2) Видео доклада Жеребцова Е.А. на конференции Conferences on Biomedical Optics 2021 https://www.youtube.com/watch?v=S6rM-KUjLg4&t=3s 3) Новость об участии в XXV международной конференции «Saratov Fall Meeting 2021» http://oreluniver.ru/media/news/show/1/11947 http://bmecenter.ru/ru/node/703 4) Новость о репортаже «Говорят ученые ОГУ»: Роль митохондрий в развитии нейрональной клеточной смерти https://oreluniver.ru/media/news/show/1/14697 https://vk.com/oreluniver?w=wall-121516577_7022 https://vk.com/bmecenter?w=wall-15522222_2572 5) Новость о мини-интервью ученых ОГУ имени И. С. Тургенева об их проектах и исследованиях; https://vk.com/oreluniver?w=wall-121516577_6711 https://vk.com/bmecenter?z=video-121516577_456239155%2F8d5ee054549971bf9f%2Fpl_post_-121516577_6711 6) Новость о представленных проектах на всероссийском молодежном Самарском конкурсе-конференции научных работ по оптике и лазерной физике http://oreluniver.ru/media/news/show/1/12325 7) Репортаж об исследованиях Научно-технологического центра Орловского государственного университета имени И.С. Тургенева https://ogtrk.ru/novosti/90659.html https://www.youtube.com/watch?v=ocj2skrY0C0