КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 21-15-00325

НазваниеРазработка мультимодальной оптической диагностической технологии для анализа структурно-функционального состояния печени при чрескожной пункционной биопсии

РуководительДунаев Андрей Валерьевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева", Орловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

2021 г. - 2023 г.

Конкурс№55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-602 - Физические методы медицинской диагностики. Томография

Ключевые словамалоинвазивная хирургия, абдоминальная хирургия, чрескожная пункционная биопсия печени, гепатоциты, гепатоцеллюлярная карцинома, биофотоника, биомедицинская инженерия, флуоресцентная спектроскопия, время жизни флуоресценции, спектроскопия диффузного отражения

Код ГРНТИ76.13.33

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы биологии и медицины, связанной с изучением энергетического метаболизма клеток в норме и при онкопатологии. Цель проекта заключается в научном обосновании новой диагностической технологии распознавания патологических изменений паренхимы печени при проведении чрескожной пункционной биопсии (ЧПБ) с использованием мультимодальной спектроскопии и интеллектуальных систем анализа данных. В структуре онкологической заболеваемости населения мира рак печени занимает шестое место среди наиболее часто диагностируемых видов онкопатологии и является четвертой из основных причин летальности от онкологических заболеваний. Злокачественные опухоли развиваются из клеток печени (гепатоцеллюлярная карцинома, гепатобластома, ангиосаркома, эмбриональная саркома, эпителиоидная гемангиоэндотелиома, саркома Капоши, лейомиосаркома, рабдомиосаркома, синовиальная саркома, холангиокарцинома, гепатохолангиоцеллюлярный рак, карциносаркома, недифференцированный рак), но чаще являются результатом метастазирования другой (первичной) опухоли иных органов, что связано с характером кровообращения и функцией печени в организме. Несмотря на высокий уровень смертности в более поздних стадиях развития онкопроцесса, уровень излечения может быть достаточно высоким, если болезнь выявлена на раннем этапе. Согласно современным медицинским взглядам, объективная верификация наличия и характера опухолевой патологии проводится лишь на основании данных гистологического и цитологического исследований, и ЧПБ остается золотым стандартом для диагностики злокачественного поражения печени. Однако, при проведении ЧПБ вероятность ложноотрицательных результатов может достигать 10 %. Это связано с получением неинформативного биоптата, гетерогенной структурой опухолей, нарушением методологии забора образцов ткани и, реже, с неправильной оценкой при проведении цитологического и гистологического исследований. Ошибки врача в получении информативного образца ткани обусловлены проблемами визуализации кончика пункционной иглы, физиологическим перемещением органов и непроизвольными движениями пациента во время проведения оперативного вмешательства. Таким образом, разработка новых методов повышения диагностической эффективности стандартной процедуры ЧПБ по-прежнему остается вопросом первостепенной важности с точки зрения своевременной диагностики и лечения рака. Улучшение технологии диагностического процесса и внедрение новых современных методов исследования могут не только позволить выявить патологические изменения на начальных этапах развития заболевания, но и предварительно оценить их резектабельность. Функциональное состояние культи печени после резекции зависит от ряда факторов, основным из которых является исходное перед операцией перфузионно-метаболическое состояние паренхимы печени. Именно от этого зависит развитие в послеоперационном периоде такого серьезного осложнения как печеночная недостаточность. Несмотря на многообразие существующих методов оценки функциональных резервов печеночной ткани, решение о возможности выполнения резекционного вмешательства принимается в большей степени на основании ориентировочных данных, а задача прогнозирования острой послеоперационной печеночной недостаточности до сих пор является актуальной. Предлагаемый в проекте подход к изучению характерных состояний энергетического метаболизма клеток печени в норме и при онкопатологии методами флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением (определение времени жизни флуоресценции) и спектроскопии диффузного отражения позволит обосновать возможность разработки новой диагностической системы на основе интеллектуальных систем анализа данных, позволяющей не только повысить точность процедуры ЧПБ, но и оценить функциональные резервы паренхимы печени, окружающей опухоль, для определения степени гепатоцеллюлярной недостаточности, и таким образом прогнозировать течение послеоперационного периода после резекций печени. В рамках проекта предполагается решить следующие основные задачи: 1) исследовать изменения метаболического состояния клеточной культуры гепатоцитоподобных клеток и карциномы при различных условиях (аноксия, гипоксия, ацидоз) с целью более глубокого понимания процессов развития гепатоцеллюлярной недостаточности; 2) выявить взаимосвязь в изменении спектрально-временных характеристик срезов ткани с основными клиническими проявлениями и гистологическими особенностями патологических тканей; 3) сопоставить данные о перфузионно-метаболическом состоянии печени, полученные на основе методов спектроскопии в срезах ткани и измеренных in vivo в печени модельных животных с перевитой опухолью; 4) на основании проведенных исследований в клеточных культурах и срезах живых тканей обосновать комплекс диагностических параметров, измеряемых через тонкоигольный оптический зонд для ЧПБ печени; 5) разработать прототип устройства для проведения ЧПБ печени на основе мультимодальной спектроскопии; 6) провести пилотные клинические исследования мультимодальной оптической диагностической технологии для анализа структурно-функционального состояния печени при ЧПБ. Таким образом, будут получены новые для науки данные о перфузионно-метаболических изменениях в паренхиме печени при раке на клеточном, тканевом и органном уровне, с расшифровкой возможных механизмов наблюдаемых изменений. Эти результаты лягут в основу разработки диагностической технологии распознавания патологических тканей, а также оценки функционального состояния паренхимы печени при проведении ЧПБ на основе мультимодальной спектроскопии и интеллектуальных систем анализа данных. Предлагаемый в проекте подход имеет первостепенное значение при определении стратегии лечения в каждом конкретном клиническом случае и играет решающую роль в переходе к персонализированной медицине.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта планируется получение результатов, соответствующих мировому уровню исследований в области онкологии, а также разработки инструментария на основе биомедицинской оптики для прижизненной диагностики in vivo и in situ. Понимание механизмов метаболических изменений крайне важно как для фундаментальной науки, так и для применения в клинической практике. Будут получены данные об изменении метаболического состояния клеточной культуры гепатоцитоподобных клеток и карциномы, при различных условиях (аноксия, гипоксия, ацидоз). Будут предложены критерии оценки функциональных резервов печени. Будет проведен поиск взаимосвязей спектрально-временных характеристик ткани печени и опухоли in vitro и in vivo с основными клиническими проявлениями и гистологическими особенностями тканей модельных животных (на преклинической стадии разработки) и пациентов (на этапе пилотных клинических исследований). Будут предложены алгоритмы для оценки состояния опухолевых клеток и ткани печени в реальном масштабе времени на основе анализа данных флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением и спектроскопии диффузного отражения с использованием интеллектуальных систем анализа данных. Раковые клетки имеют специфический по сравнению с нормальными клетками тип метаболизма. Такие факторы, как гипоксия, депривация глюкозы, накопление лактата и внеклеточный ацидоз, вносят большой вклад в прогрессирование опухоли, формируя специфическое микроокружение и определяя её метаболический фенотип. Однако влияние этой метаболической активности на окружающие ткани печени на сегодняшний день изучено недостаточно, так как существует очень ограниченное число методов, позволяющих оценить перфузионно-метаболические процессы в тканях in vivo. В результате выполнения проекта будет разработана методологическая база для эффективной диагностики перфузионно-метаболических изменений в тканях печени на основе регистрации сигналов флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением эндогенных флуорофоров тканей и спектроскопии диффузного отражения in vivo и в реальном масштабе времени. Это позволит надежно отличать опухолевую и неизмененную ткани, получать адекватный целевой (диагностически информативный) образец для гистологического и цитологического анализа во время проведения ЧПБ, а также оценивать функциональные резервы паренхимы печени, окружающей опухоль. По результатам работы над проектом, будет рассмотрена возможность осуществить внедрение разработанной методологии в производственную деятельность ООО «БИОФОТОНИКА», ООО НПП «ЛАЗМА», ООО «НТЦ Волоконно-оптических Устройств», а также в медицинскую практику БУЗ Орловской области «Орловская областная клиническая больница» (в частности, в отделение рентгенохирургических методов диагностики и лечения). Полученные передовые новые знания и методики будут использованы в учебном процессе ОГУ имени И.С. Тургенева для подготовки бакалавров и магистров по направлению «Биотехнические системы и технологии» и специалистов по направлению «Лечебное дело». Проведение предложенных фундаментальных научных исследований позволит получить и развить компетенции, способные в дальнейшем обеспечить развитие высокотехнологичного конкурентоспособного медицинского оборудования в РФ. Результаты, полученные в ходе проекта, будут опубликованы в ведущих российских и международных журналах, индексируемых в Web of Science и Scopus и доведены до сведения мировой научной общественности на всероссийских и международных форумах по тематике проекта.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
За отчетный период получены следующие результаты: 1) Получены количественные данные оценки митохондриального мембранного потенциала, уровня NADH, FAD в клеточных культурах онколинии H33. 2) Разработана методика перфузирования печени с целью оценки оптических характеристик ткани для дальнейшего моделирования взаимодействия света и тканей в разработке новых оптических диагностических технологий, а также для получения культуры гепатоцитов. 3) Оценено влияние онкологических процессов на метаболическое состояние окружающих тканей печени. 4) Проведена оценка продукции АФК и системы антиоксидантной защиты ткани печени и гепатоцеллюлярной карциномы Н33. 5) Получены количественные данные параметров времени жизни флуоресценции в клеточных культурах онколинии H33 с использованием методов флуоресцентной микроскопии. 6) Разработана методика изготовления оригинального оптического фантома для верификации измерений флуоресценции PPIX в опухолях. 7) Разработана методология мультимодальной оптической диагностики микроциркуляторно-тканевых систем организма человека, базирующаяся на методе синтеза биотехнической системы. 8) Разработана экспериментальная установка для проведения измерений параметров времени жизни флуоресценции через тонкоигольный зонд совместно с измерениями параметров диффузного отражения. 9) Проведены совместные количественные измерения параметров времени жизни флуоресценции и диффузного отражения через тонкоигольный зонд, а также оценена их точность. 10) Получены следующие результаты интеллектуальной деятельности: опубликовано 7 работ, в том числе 4 публикации из баз данных Scopus и Web of Science, 1 из которых в журнале уровня Q1. О результатах проекта доложено на следующих конференциях: - I-ая международная научно-практическая конференция имени академика Е.В. Шмидта «Инженерные решения и цифровые технологии в биологии, медицине и приборостроении» (9 апреля 2021, Карачев, онлайн); - XXX Международная научно-техническая конференция «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» (14-20 сентября 2021, Алушта); - XXV международная конференция «Saratov Fall Meeting 2021» (27 сентября – 1 октября 2021, Саратов, онлайн); - Международная конференция EExPolytech-2021: Electrical Engineering and Photonics (14-15 октября 2021, Санкт-Петербург, онлайн); - Научно-практическая конференция с международным участием, посвященная 35-летию ФГБУ «ГНЦ ЛМ им. О.К. Скобелкина ФМБА России» «ЛАЗЕРЫ В МЕДИЦИНЕ 2021» (15 октября 2021, Москва); - XIX Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике (9-13 ноября 2021, Самара, онлайн); - XXXIV Всероссийская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов «Биотехнические, медицинские и экологические системы, измерительные устройства и робототехнические комплексы – Биомедсистемы-2021» (8-10 декабря 2021, Рязань, онлайн). Все заявленные в проекте работы выполнены в полном объеме: выбрано и закуплено необходимое оборудование; осуществлено исследование биоэнергетических процессов и окислительно-восстановительного гомеостаза опухоли, проведены преклинические и пилотные клинические исследования разработанного оборудования. В 2021 году командой проекта выполнены заявленные показатели по публикационной активности и сделан существенный задел для продолжения проекта. Сведения о данном проекте (объявления, новости, опубликованные статьи, постеры, фотографии экспериментальных исследований и т.д.) публикуются на сайте научно-технологического центра биомедицинской фотоники ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева», а также в соответствующих аккаунтах Instagram и YouTube по адресам: http://www.bmecenter.ru https://www.instagram.com/biomedical_photonics https://www.youtube.com/user/BmeCenterOrel Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту: 1. Участие студентов в I-ой международной научно-практической конференции имени академика Е.В. Шмидта (http://oreluniver.ru/media/news/show/1/10864) 2. Участие в XXV международной конференции «Saratov Fall Meeting 2021» (http://oreluniver.ru/media/news/show/1/11947) 3. Участие в международной конференции EExPolytech-2021: Electrical Engineering and Photonics (http://oreluniver.ru/media/news/show/1/12086) 4. Успешное выступление на Научно-практической конференции с международным участием "Лазеры в медицине 2021" (http://oreluniver.ru/media/news/show/1/12084) 5. Участие в XVIII Самарском конкурсе-конференции научных работ по оптике и лазерной физике (http://oreluniver.ru/media/news/show/1/12325)

Публикации

1. Жеребцов Е.А., Потапова Е.В., Мамошин А.В., Шуплецов В.В., Кандурова К.Ю., Дрёмин В.В., Абрамов А.Ю., Дунаев А.В. Fluorescence Lifetime Needle Optical Biopsy Discriminates Hepatocellular Carcinoma Biomedical Optics Express, - (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1364/BOE.447687

2. Мамошин А.В., Сумин Д.С., Кандурова К.Ю., Шуплецов В.В., Потапова Е.В., Дремин В.В., Жеребцов Е.А., Дунаев А.В. Внедрение оптических технологий для повышения эффективности пункционной биопсии при диффузных и очаговых поражениях печени Лазерная медицина, Т. 25, № 3S, с. 24. (год публикации - 2021)

3. Голубова Н.В., Поленов Н.И., Закураева К.А., Потапова Е.В., Дрёмин В.В., Ярмолинская М.И., Крутикова В.Ю., Дунаев А.В., Коган И.Ю. Интраоперационное исследование органов малого таза женской репродуктивной системы при лапароскопических вмешательствах с помощью флуоресцентной спектроскопии Биотехнические, медицинские и экологические системы, измерительные устройства и робототехнические комплексы – Биомедсистемы-2021: сб. тр. XXXIV Всерос. науч.-техн. конф. студ., мол. ученых и спец., 8-10 декабря 2021 г., С. 71-74. (год публикации - 2021)

4. Голубова Н.В., Потапова Е.В., Дрёмин В.В. Исследование изменения перфузии биотканей с помощью гиперспектральной лапароскопической системы Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Тезисы докладов XXX Междунар. науч.-техн. конф., 14-20 сентября 2021 г., Алушта., С. 49. (год публикации - 2021)

5. Голубова Н.В., Дрёмин В.В., Потапова Е.В., Шуплецов В.В., Дунаев А.В. Multimodal Laparoscopic System for Biological Tissue Perfusion and Metabolism Assessment 2021 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), С. 241-243. (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1109/EExPolytech53083.2021.9614866

6. Дунаев А.В. Methodology of Microcirculatory-Tissue Systems Multimodal Optical Diagnostics Proceedings of SFM21 XXV Annual Conference Saratov Fall Meeting 2021 and IX Symposium on Optics and Biophotonics: Optical and Nano-Technologies for Biology and Medicine, - (год публикации - 2022)

7. Шуплецов В.В., Микенькина М.А., Жеребцов Е.А., Дрёмин В.В., Быков А.В., Потапова Е.В., Дунаев А.В., Меглинский И.В. Low-cost fabrication of PPIX liquid phantoms for use in fluorescence measurements Proceedings of SFM21 XXV Annual Conference Saratov Fall Meeting 2021 and IX Symposium on Optics and Biophotonics: Optical and Nano-Technologies for Biology and Medicine, - (год публикации - 2022)

8. - Участие студентов в I-ой международной научно-практической конференции имени академика Е.В. Шмидта ОГУ имени И.С. Тургенева, - (год публикации - )

9. - Участие в XXV международной конференции «Saratov Fall Meeting 2021» ОГУ имени И.С. Тургенева, - (год публикации - )

10. - Участие в международной конференции EExPolytech-2021: Electrical Engineering and Photonics ОГУ имени И.С. Тургенева, - (год публикации - )

11. - Успешное выступление на Научно-практической конференции с международным участием "Лазеры в медицине 2021" ОГУ имени И.С. Тургенева, - (год публикации - )

12. - Участие в XVIII Самарском конкурсе-конференции научных работ по оптике и лазерной физике ОГУ имени И.С. Тургенева, - (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За отчетный период получены следующие результаты: 1. Получены данные о взаимосвязи активных форм кислорода (АФК) и антиоксидантной системы защиты клеток печени и гепатоцеллюлярной карциномы; изучено изменение энергетического метаболизма в опухолевых тканях in vivo. 2. Разработана мультимодальная измерительная установка визуализации времени жизни флуоресценции и гиперспектральной визуализации. Проведена верификация канала гиперспектральной визуализации в модельном эксперименте с ишемией. 3. Получены данные о влиянии активности фермента моноаминоксидазы в образцах печени мыши на динамику параметров флуоресценции в диапазоне длин волн флуоресценции флавинов. 4. Исследованы оптические свойства печени лабораторных животных в видимом и NIR диапазоне после предварительного перфузирования. 5. Разработана новая конфигурация тонкоигольной системы оптической биопсии с каналом ИК спектроскопии. 6. Разработан алгоритм определения параметров содержания жира и воды в биологических тканях с помощью нейросетевой обработки спектров в ИК диапазоне. 7. Получены следующие результаты интеллектуальной деятельности: опубликовано 27 работ, в том числе 7 публикаций из баз данных Scopus и Web of Science, 2 из которых в российском журнале, входящем во второй квартиль (Q2), 5 публикаций в журналах из базы данных Russian Science Citation Index. О результатах проекта доложено на следующих конференциях: - Всероссийская конференция молодых ученых «Современные тренды в хирургии», Москва (26 марта 2022 г.); - SPIE Photonics Europe 2022, Страсбург, Франция (3-7 апреля 2022 г.); - XI Конгресс молодых ученых, Санкт-Петербург (4-8 апреля 2022 г.); - XVIII Международная Бурденковская научная конференция, Воронеж (14-16 апреля 2022 г.); - 25-ая Пущинская школа-конференция молодых ученых с международным участием «Биология - наука XXI века», Пущино, Россия (18-22 апреля 2022 г.); - 20th International Conference Laser Optics (ICLO 2022), Санкт-Петербург, Россия (20-24 июня 2022 г.); - 15-я Международная научная конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии – ФРЭМЭ’2022», Владимир-Суздаль, Россия (28-30 июня 2022 г); - Международная научно-практическая конференция «Эксперимент в хирургии и онкологии», Курск (14-16 сентября 2022 г.); - XXVIII Объединённая Российская гастроэнтерологическая неделя, Москва (26-28 сентября 2022 г.); - Международная конференция Saratov Fall Meeting 2022, Саратов (26-30 сентября 2022 г.); - III съезд хирургов Приволжского федерального округа, Нижний Новгород (7 октября 2022 г.); - XX Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике, Самара (8-12 ноября 2022 г.); - XXIX международный конгресс ассоциации гепатопанкреатобилиарных хирургов стран СНГ «Актуальные проблемы гепатопанкреатобилиарной хирургии», Москва (9-11 ноября 2022 г.) - XXXV Всероссийская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов «Биотехнические, медицинские и экологические системы, измерительные устройства и робототехнические комплексы – Биомедсистемы-2022», Рязань (7-9 декабря 2022 г.). Все заявленные в проекте работы выполнены в полном объеме: выбрано и закуплено необходимое оборудование (оптомеханические детали, тонкоигольные зонды, спектрометр, программное обеспечение для спектрометра); проведены запланированные исследования. В 2022 году командой проекта выполнены заявленные показатели по публикационной активности и сделан существенный задел для продолжения проекта. Сведения о данном проекте (объявления, новости, опубликованные статьи, постеры, фотографии экспериментальных исследований и т.д.) публикуются на сайте научно-технологического центра биомедицинской фотоники ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева», а также в соответствующих аккаунтах в социальных сетях по адресам: http://www.bmecenter.ru https://www.youtube.com/user/BmeCenterOrel http://t.me/bpbme Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту: 1. Успешное выступление студентов ОГУ имени И.С. Тургенева на XI Конгрессе молодых ученых (https://oreluniver.ru/media/news/show/1/14469) 2. Участие в XVIII Международной Бурденковской научной конференции (https://oreluniver.ru/media/news/show/1/14620) 3. Успешное выступление студентов ОГУ имени И.С. Тургенев на конференции "Биология - наука XXI века" (https://oreluniver.ru/media/news/show/1/14660) 4. Участие в Международной конференции Laser Optics ICLO 2022 (https://oreluniver.ru/media/news/show/1/15294) 5. Участие в XV международной научной конференции "Физика и Радиоэлектроника в Медицине и Экологии" (ФРЭМЭ 2022) (https://oreluniver.ru/media/news/show/1/15338) 6. Участие в XXVI международной конференции Saratov Fall Meeting 2022 (https://oreluniver.ru/media/news/show/1/15681)

Публикации

1. Голубова Н.В., Дрёмин В.В., Потапова Е.В., Дунаев А.В. Мультимодальная лапароскопическая система для оценки перфузии и метаболизма биологических тканей Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, Т. 351, №1, стр. 139-147 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.33979/2073-7408-2022-351-1-139-147

2. Дунаев А.В., Потапова Е.В., Локтионова Ю.И., Брянская Е.О., Кандурова К.Ю., Новикова И.Н. Методы биомедицинской фотоники в решении задач диагностики Медицинская техника, №5 (335), с. 27-31 (год публикации - 2022)

3. Кандурова К.Ю., Голубова Н.В., Приземин В.Н., Сумин Д.С., Адаменков Н.А., Шабалин В.В., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Оптические исследования проб желчи пациентов с синдромом механической желтухи XV Международная научная конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии – ФРЭМЭ’2022» – Владимир-Суздаль, Россия, С. 71-75 (год публикации - 2022)

4. Кандурова К.Ю., Палалов А.А., Серёгина Е.С., Дрёмин В.В., Дунаев А.В., Потапова Е.В. Optical Properties of Perfused Rat Liver Tissues Journal of Biomedical Photonics and Engineering, Т. 9, № 1, 010301 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.18287/JBPE23.09.010301

5. Мамошин А.В., Иванов Ю.В., Борсуков А.В., Морозов Ю.М., Мурадян В.Ф., Аболмасов А.В., Сумин Д.С., Панченков Д.Н. Антеградные минимально инвазивные технологии в лечении осложненной желчнокаменной болезни Анналы хирургической гепатологии, Т. 27, №3, С. 100-109 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.16931/1995-5464.2022-4-100-109

6. Потапова Е.В., Жеребцов Е.А., Кандурова К.Ю., Палалов А.А., Дрёмин В.В., Дунаев А.В. Endofluorescence Imaging of Murine Hepatocellular Carcinoma Cell Culture by Fluorescence Lifetime Microscopy with Modulated CMOS Camera Journal of Biomedical Photonics and Engineering, Т. 8, №1, 010303 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.18287/JBPE22.08.010303

7. Потапова Е.В., Жеребцов Е.А., Шуплецов В.В., Кандурова К.Ю., Дрёмин В.В., Мамошин А.В., Дунаев А.В. Тонкоигольная оптическая биопсия как метод повышения диагностической эффективности чрескожной пункционной биопсии печени XV Международная научная конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии – ФРЭМЭ’2022» – Владимир-Суздаль, Россия, С. 54-58 (год публикации - 2022)

8. Дунаев А.В. Мультимодальная оптическая диагностика микроциркуляторно-тканевых систем организма человека Старый Оскол : ТНТ, 2022. — 440 с. : ил., 440 с. : ил. (год публикации - 2022)

9. Адаменков Н.А., Козлов И.О., Шуплецов В.В., Кандурова К.Ю., Голубова Н.В., Мамошин А.В. Современные технологии в улучшении диагностики ишемического поражения кишечника III съезд хирургов ПФО. Тезисы, С. 114-115 (год публикации - 2022)

10. Адаменков Н.А., Мамошин А.В., Сумин Д.С., Ветрова А.В., Козлов И.О., Шуплецов В.В., Кандурова К.Ю., Немов В.П. Оценка жизнеспособности тканей кишечной стенки Материалы Всероссийской конференции молодых ученых «СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕНДЫ В ХИРУРГИИ», С. 7-8. (год публикации - 2022)

11. Адаменков Н.А., Сумин Д.С., Ветрова А.В. Оценка жизнеспособности тканей органов брюшной полости Молодежный инновационный вестник, Том 11, №2, с. 7-9 (год публикации - 2022)

12. Голубова Н.В., Приземин В.Н., Потапова Е.В. Исследование оптических свойств желчи методом спектроскопии комбинационного рассеяния Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание, 8801 (год публикации - 2022)

13. Горюнов И.А., Шуплецов В.В., Адаменков Н.А., Мамошин А.В., Потапова Е.В., Дремин В.В. Возможности применения гиперспектральной визуализации для оценки степени ишемии кишечной стенки XX Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике, посвященный 100-летию со дня рождения Н.Г. Басова: сборник трудов конференции, (Самара, 8–12 ноября 2022 г.), С. 302-307 (год публикации - 2022)

14. Кандурова К.Ю., Потапова Е.В. Исследование оптических характеристик желчи для оценки функционального состояния печени при механической желтухе Радиоэлектроника. Проблемы и перспективы развития [Электронный ресурс] : сборник трудов Седьмой всероссийской молодежной научной конференции, С. 218-220 (год публикации - 2022)

15. Кандурова К.Ю., Серёгина Е.С., Палалов А.А. Спектрофотометрические исследования срезов ткани печени крысы после процедуры перфузирования Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание, 8482 (год публикации - 2022)

16. Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Сравнительный анализ вклада флуорофоров в спектры флуоресценции у пациентов с различными заболеваниями печени XX Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике, посвященный 100-летию со дня рождения Н.Г. Басова: сборник трудов конференции, (Самара, 8–12 ноября 2022 г.), С. 93-99 (год публикации - 2022)

17. Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Изучение состава спектров флуоресценции для оценки функционального состояния тканей печени при механической желтухе Биотехнические, медицинские и экологические системы, измерительные устройства и робототехнические комплексы – Биомедсистемы-2022 [текст]: сб. тр. XXXV Всерос. науч.-техн. конф. студ., мол. ученых и спец., 7-9 декабря 2022 г, С. 81-83 (год публикации - 2022)

18. Мамошин А.В., Морозов Ю.М., Сумин Д.С., Адаменков Н.А., Ветрова А.В. Чрескожные минимально инвазивные вмешательства под сонофлуороскопическим контролем в лечении синдрома механической желтухи Альманах Института хирургии им. А.В. Вишневского, С. 258 (год публикации - 2022)

19. Мамошин А.В., Морозов Ю.М., Сумин Д.С., Адаменков Н.А., Ветрова А.Н. Оценка эффективности чрескожных минимально инвазивных вмешательств в лечебно-диагностическом алгоритме у пациентов с синдромом механической желтухи III съезд хирургов ПФО. Тезисы, С. 54-56 (год публикации - 2022)

20. Мамошин А.В., Сумин Д.С., Ветрова А.В., Адаменков Н.А. Особенности ультразвуковой диагностики механической желтухи с позиции интервенционной радиологии Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии, Т. 32, №5, с. 61 (год публикации - 2022)

21. Палалов А.А., Серёгина Е.С., Потапова Е.В. Нарушение митохондриального метаболизма в модели гепатоцеллюлярной карциномы Сборник тезисов 25-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА»., С. 319 (год публикации - 2022)

22. Приземин В.Н., Сумин Д.С., Голубова Н.В., Кандурова К.Ю., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Исследование желчи методом спектроскопии комбинационного рассеяния в рамках оценки печеночной недостаточности при синдроме механической желтухи XX Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике, посвященный 100-летию со дня рождения Н.Г. Басова: сборник трудов конференции, (Самара, 8–12 ноября 2022 г.), C. 426-431 (год публикации - 2022)

23. Дунаев А.В., Потапова Е.В., Королева А.К., Брянская Е.О., Кандурова К.Ю., Жарких Е.В., Дрёмин В.В. Основы медицинской биофотоники Орёл: ОГУ имени И.С. Тургенева, 2022., 195 с. (год публикации - 2022)

24. Жеребцов Е.А., Мамошин А.В., Шуплецов В.В., Потапова Е.В., Кандурова К.Ю., Дрёмин В.В., Дунаев А.В. Optical needle biopsy for multimodal detection of the malignant liver tumours Proceedings of SPIE, Т. 12147, 121470J (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1117/12.2622376

25. Жеребцов Е.А., Попов С.В., Гусейнов Р.Г., Шуплецов В.В., Кандурова К.Ю., Перепелица В.В., Орлов И.Н., Катунин А.С., Потапова Е.В., Мамошин А.В., Дунаев А.В. Fluorescence lifetime measurements for kidney ischemia monitoring in minimally invasive surgery 2022 International Conference Laser Optics (ICLO), C. 1-1 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1109/ICLO54117.2022.9840053

26. Кандурова К.Ю., Голубова Н.В., Приземин В.Н., Сумин Д.С., Адаменков Н.А., Шабалин В.В., Мамошин А.В., Потапова Е.В. The application of the multimodal approach for studying optical properties of bile in obstructive jaundice Proceedings of SPIE, Т. 12147, 121470N (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1117/12.2621289

27. Потапова Е.В., Жеребцов Е.А., Дремин В.В., Кандурова К.Ю., Шуплецов В.В., Мамошин А.В., Дунаев А.В. Optical percutaneous needle biopsy to differentiate liver cancer from normal parenchyma 2022 International Conference Laser Optics (ICLO), С. 1-1 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1109/ICLO54117.2022.9840096

28. - Участие в XXVI международной конференции Saratov Fall Meeting 2022 ОГУ имени И.С. Тургенева, - (год публикации - )

29. - Участие в XV международной научной конференции "Физика и Радиоэлектроника в Медицине и Экологии" (ФРЭМЭ 2022) ОГУ имени И.С. Тургенева, 05.07.2022 (год публикации - )

30. - Участие в Международной конференции Laser Optics ICLO 2022 ОГУ имени И.С. Тургенева, 27.06.2022 (год публикации - )

31. - Успешное выступление студентов ОГУ имени И.С. Тургенев на конференции "Биология - наука XXI века" ОГУ имени И.С. Тургенева, 25.04.2022 (год публикации - )

32. - Участие в XVIII Международной Бурденковской научной конференции ОГУ имени И.С. Тургенева, 22.04.2022 (год публикации - )

33. - Успешное выступление студентов ОГУ имени И.С. Тургенева на XI Конгрессе молодых ученых ОГУ имени И.С. Тургенева, 13.04.2022 (год публикации - )

34. - Орловские учёные решили пролить свет на ткани человеческого организма Орловское информбюро, 8.02.2022 (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Итогом третьего года выполнения проекта стали следующие результаты: 1) Доработана система для проведения мультимодальной оптической диагностической технологии для анализа структурно-функционального состояния печени при чрескожной пункционной биопсии в клинических условиях с возможностью её компактного размещения на стандартной лапароскопической стойке хирурга. Разработаны и изготовлены тонкоигольные зонды с длиной оптоволоконного жгута 4,5 метра, с возможностью расположения стойки с оборудованием в дальней рабочей зоне операционной. Разработано интуитивно понятное программное обеспечение для управления устройством, позволяющим регистрировать кривые спада флуоресценции после регистрации пациента и области исследования в базе данных. 2) Проведена апробация разработанной мультимодальной оптической диагностической технологии в условиях клинической практики. В исследованиях приняли участие пациенты, имеющие онкологические новообразования в печени. Все исследования проводилось в соответствии с Хельсинской декларацией 2013 года Всемирной медицинской ассоциации. 3) Сформирована база данных с параметрами, рассчитанными в канале флуоресценции времени жизни у пациентов со злокачественными (первичными и метастазами) и доброкачественными новообразованиями печени. Характер новообразований подтверждался гистологическим исследованием. 4) Для построения прогностических моделей классификаторов, позволяющих качественно дифференцировать получаемую диагностическую информацию, разработан алгоритм машинного обучения (МО) на основе 3 современных моделей: метода случайного леса (англ. random forest, RF), метода опорных векторов (англ. support vector machine, SVM) и логистической регрессии (англ. logistic regression, LR). 5) Разработаны бинарный (паренхима печени/опухоль) и мультиклассовый классификаторы (первичная опухоль /метастазы / доброкачественная опухоль). Из всех рассмотренных моделей машинного обучения метод случайного леса (англ. random forest) обеспечил наилучшую точность для дифференциации паренхимы печени и всех типов опухолей (0,86-0,90). Этот же метод показал высокие показатели диагностической точности для всех типов рака (0,91-0,93) при решении задачи классификации опухолей на различные группы. Результаты проекта опубликованы в тематических журналах и доложены на следующих конференциях: - Семинар «Современные тренды в биофотонике 2023» (Нижний Новгород, Россия, 3-5 июля 2023 г.); - IX Петербургский международный онкологический форум «Белые ночи 2023»; - XXIII Конгресс Российского общества урологов (Казань, Россия, 14-16 сентября 2023 г.); - XIII международная конференция «Российская школа колоректальной хирургии 2023» (Москва, Россия, 15-17 сентября 2023 г.); - 30-я Международной конференции «Advanced Laser Technologies» (ALT'23) (Самара, Россия, 18-21 сентября 2023 г.); - XVIII Международный Конгресс Российского общества онкоурологов (Москва, Россия, 28-29 сентября 2023 г.); - Всероссийская научная конференция с международным участием «Невская фотоника – 2023» (Санкт-Петербург, Россия, 9-13 октября); - Всероссийская конференция «Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине» (Орёл, Россия, 16-17 ноября 2023 г.). Результаты работы над проектом внедрены в производственную деятельность ООО НПП «ЛАЗМА» (г. Москва), ООО «НТЦ Волоконно-оптических устройств» (г. Москва), а также подписано соглашение о сотрудничестве с ООО «Medical Visual Systems» (г. Санкт-Петербург), с которым планируется интегрировать результаты разработанной технологии в «умную операционную». Стоит особо подчеркнуть внедрение в медицинскую практику БУЗ Орловской области «Орловская областная клиническая больница» (в частности, в отделение рентгенохирургических методов диагностики и лечения) и в отделение малоинвазивных вмешательств в Городской клинической больнице №1 г. Смоленска (разработан и передан опытный образец адаптированной под новую задачу разработанной технологии), а также в учебный процессе ОГУ имени И.С. Тургенева (в частности для подготовки бакалавров и магистров по направлению «Биотехнические системы и технологии» и специалистов по направлению «Лечебное дело»). Сведения о данном проекте (объявления, новости, опубликованные статьи, постеры, фотографии экспериментальных исследований и т.д.) публикуются на сайте научно-технологического центра биомедицинской фотоники ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева», а также в соответствующих аккаунтах в социальных сетях по адресам: http://www.bmecenter.ru https://www.youtube.com/user/BmeCenterOrel http://t.me/bpbme

Публикации

1. Потапова Е.В., Жеребцов Е.А., Шуплецов В.В., Дрёмин В.В., Кандурова К.Ю., Мамошин А.В., Абрамов А.Ю., Дунаев А.В. Detection of NADH and NADPH levels in vivo identifies shift of glucose metabolism in cancer to energy production The FEBS Journal, 2024 (год публикации - 2024) https://doi.org/10.1111/febs.17067

2. Адаменков Н.А., Козлов И.О., Палалов А.А., Аладов А.В., Черняков А.Е., Потапова Е.В., Мамошин А.В., Дунаев А.В. Методика интраоперационной оценки жизнеспособности кишечника с применением управляемого полихромного светодиодного источника света для контрастной визуализации биологических тканей Вестник экспериментальной и клинической хирургии, Т. 16, № 3, c. 222-229 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.18499/2070-478X-2023-16-3-222-229

3. Мамошин А.В., Сумин Д.С., Иванов Ю.В., Панченков Д.Н., Морозов Ю.М., Аболмасов А.В., Мурадян В.Ф., Адаменков Н.А., Ветров А.В. Антеградные рентгенохирургические технологии в успешном лечении больного осложненным холедохолитиазом на фоне рака желчного пузыря Эндоскопическая хирургия, Т. 29, №3, С. 55-61 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.17116/endoskop20232903155

4. Дрёмин В.В., Соколовский С.Г., Рафаилов Э.У., Жарких Е.В., Потапова Е.В., Дунаев А.В., Жеребцов Е.А. In Vivo Fluorescence Measurements of Biological Tissue Viability Advanced Photonics Methods for Biomedical Applications, CRC Press, Boca Raton, Ch. 1, pp. 1-37. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1201/9781003228950-1

5. Адаменков Н.А., Шуплецов В.В., Горюнов И.А., Палалов А.А., Дрёмин В.В., Потапова Е.В., Дунаев А.В., Мамошин А.В. Оценка жизнеспособности толстой кишки при ишемии с применением метода гиперспектральной визуализации Сборник тезисов конкурса научных работ XIII международной конференции "Российская школа колоректальной хирургии 2023", С. 86-89 (год публикации - 2023)

6. Адаменков Н.А., Шуплецов В.В., Горюнов И.А., Палалов А.А., Калуга Н.И., Родионов В.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В., Дрёмин В.В., Дунаев А.В. Применение метода гиперспектральной визуализации для определения жизнеспособности тканей кишечника при моделировании локальной ишемии Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине: сборник трудов Всероссийской конференции, г. Орёл, 16-17 ноября 2023 года, C. 35. (год публикации - 2023)

7. Горюнов И.А., Шуплецов В.В., Адаменков Н.А., Журило И.П., Потапова Е.В., Дрёмин В.В. Система гиперспектральной визуализации для определения микроциркуляторных нарушений биологических тканей Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине: сборник трудов Всероссийской конференции, г. Орёл, 16-17 ноября 2023 года, С. 37 (год публикации - 2023)

8. Гусейнов Р.Г., Попов С.В., Винокуров А.Ю., Попов Д.Ю., Потапова Е.В., Дунаев А.В., Сивак К.В., Перепелица В.В., Буненков Н.С. Аспекты ишемии-реперфузии в хирургии рака почки. Взгляд одного центра Материалы ХХIII Конгресса Российского общества урологов, С 219-220 (год публикации - 2023)

9. Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Палалов А.А., Серёгина Е.С., Дрёмин В.В., Мамошин А.В., Дунаев А.В., Потапова Е.В. Измерение и моделирование оптических свойств тканей печени в диапазоне 350–1300 нм для задач оптической биопсии Современные тренды в биофотонике – 2023: сборник тезисов докладов, С. 53 (год публикации - 2023)

10. Перепелица В.В., Попов С.В., Жеребцов Е.А., Шуплецов В.В., Гусейнов Р.Г., Сивак К.В., Буненков Н.С., Потапова Е.В., Дунаев А.В. Интраоперационный мониторинг тепловой ишемии почки с нефропротекцией при органосохраняющих операциях Материалы ХХIII Конгресса Российского общества урологов, С. 228-229 (год публикации - 2023)

11. Попов С.В., Гусейнов Р.Г., Винокуров А.Ю., Попов Д.Ю., Потапова Е.В., Дунаев А.В., Сивак К.В., Перепелица В.В., Буненков Н.С., Садовникова А.В., Лелявина Т.А. Возможности отечественных антигипоксантов в лечении синдрома ишемии-реперфузии при тепловой ишемии почек Материалы XVIII Международного Конгресса Российского общества онкоурологов, С. 73 (год публикации - 2023)

12. Попов С.В., Гусейнов Р.Г., Дунаев А.В., Потапова Е.В., Жеребцов Е.А., Винокуров А.Ю., Сивак К.В., Перепелица В.В., Буненков Н.С. Коррекция и предупреждение синдрома ишемии - реперфузии при резекции почки Вопросы онкологии, Т. 69 № 3S, С. 223-224 (год публикации - 2023)

13. Попов С.В., Жеребцов Е.А., Шуплецов В.В., Гусейнов Р.Г., Сивак К.В., Перепелица В.В., Буненков Н.С., Потапова Е.В., Дунаев А.В. Интраоперационный контроль состояния ткани почки при органосохраняющем лечении рака путем эндогенной флуоресценции Вопросы онкологии, Т. 69, № 3S, С. 227-228 (год публикации - 2023)

14. Потапова Е.В., Дрёмин В.В., Жеребцов Е.А., Кандурова К.Ю., Шуплецов В.В., Мамошин А.В., Поленов Н.И., Дунаев А.В. Application of optical spectroscopy in minimally invasive surgery Abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies, C. 86 (год публикации - 2023)

15. Шуплецов В.В., Потапова Е.В., Дрёмин В.В., Жеребцов Е.А., Мамошин А.В., Дунаев А.В. In vivo диагностика рака печени на основе флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением и методов машинного обучения Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине: сборник трудов Всероссийской конференции, г. Орёл, 16-17 ноября 2023 года, С. 53 (год публикации - 2023)

16. Шуплецов В.В., Потапова Е.В., Жеребцов Е.А., Дрёмин В.В., Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Дунаев А.В. Разработка алгоритма дифференциации паренхимы и опухолей печени на основе анализа параметров времени жизни флуоресценции с использованием методов машинного обучения Современные тренды в биофотонике – 2023: сборник тезисов докладов, С. 55 (год публикации - 2023)

17. Шуплецов В.В., Потапова Е.В., Жеребцов Е.А., Дрёмин В.В., Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Дунаев А.В. Применение классификационного анализа для дифференциации аденокарциномы и паренхимы печени на основе параметров времени жизни флуоресценции при пункцицонной биопсии Сборник научных трудов всероссийской научной конференции с международным участием "Невская фотоника 2023", С. 179 (год публикации - 2023)

18. Шуплецов В.В., Потапова Е.В., Жеребцов Е.А., Дрёмин В.В., Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Дунаев А.В. Дифференциация гепатоцеллюлярной карциномы и паренхимы печени при пункционной биопсии на основе параметров времени жизни флуоресценции Медицинская физика, № 2, С. 104 (год публикации - 2023)

19. Шуплецов В.В., Горюнов И.А., Сергиенко М.В., Журило И.П., Потапова Е.В., Дрёмин В.В. Infantile hemangiomas evaluation based on hyperspectral imaging Proceedings of SPIE, Vol. 12627, 126272F (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1117/12.2670954

20. - Ученые ОГУ имени И. С. Тургенева выступили на семинаре «Современные тренды в биофотонике 2023» в Нижнем Новгороде Официальный сайт ОГУ имени И.С. Тургенева, 07.07.2023 (год публикации - )

21. - Сотрудник НТЦ биомедицинской фотоники выступил с докладом на Международной конференции "Advanced Laser Technologies" Официальный сайт ОГУ имени И.С. Тургенева, 21.09.2023 (год публикации - )

22. - Участие во Всероссийской научной конференции с международным участием «Невская фотоника» Сайт НТЦ биомедицинской фотоники, 16.10.2023 (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
В ходе всего выполнения проекта (2021-2023 гг.) велась непрерывная проработка вопросов возможности коммерциализации разрабатываемой диагностической технологии для анализа структурно-функционального состояния печени при чрескожной пункционной биопсии для малоинвазивной хирургии с целью её скорейшего внедрения непосредственно в клиническую практику. Так, в текущем финальном 2023 году подписано соглашение о сотрудничестве с ООО «Medical Visual Systems» (г. Санкт-Петербург), с которым планируется интегрировать результаты разработанной технологии в «умную операционную» ввиду её апробации в 2022-2023 гг. в решении новой диагностической задачи, связанной с контролем длительности операции на почках с применением тепловой ишемии в Урологической клинике Святителя Луки (г. Санкт-Петербург), являющейся пилотным проектом по внедрению технологии «умной операционной» в России. Кроме того, разработанная технология была адаптирована под новую диагностическую задачу малоинвазивной хирургии для маммологии (рак молочных желез), и созданный экспериментальный макет отдан на апробацию в отделение малоинвазивных вмешательств в Городской клинической больнице №1 г. Смоленска (профессор, д.м.н. А.В. Борсуков). В настоящее время ведутся переговоры об изготовлении экспериментальной установки для оценки функционального состояния печени для решения задач, поставленных в Университетской клинике Московского государственного медико-стоматологического университета имени А.И. Евдокимова (заведующий кафедрой хирургии и хирургических технологий, профессор, д.м.н. Д.Н. Панченков). Продолжается активная работа по подготовке к коммерциализации основных результатов завершённого проекта РНФ, ведутся соответствующие переговоры и консультации с экспертами, поиск инвесторов, заинтересованных в развитии данных продуктов для здравоохранения. На ведущих хирургических форумах и конференциях с целью привлечения внимания медицинской общественности регулярно делаются выступления в виде докладов. Ведутся переговоры с заинтересованными хирургами для вовлечения их в клинические исследования разработанной технологии оптической биопсии печени ввиду необходимости формирования большой базы данных экспериментальных исследований. Разработанные макеты установок, например, прибор с тонкоигольным зондом, экспонируются на всероссийских и международных выставках («ВУЗПРОМЭКСПО» и др.). Активно идёт освещение результатов проекта в региональных и федеральных СМИ.