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 проекта 21-75-10097
НазваниеОптическое метаболомное и протеиномное профилирование в оценке сердечно-сосудистого ремоделирования и прогноза у пациентов с клиническими формами атеросклероза и хронической болезнью почек
Руководитель Братченко Иван Алексеевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" , Самарская обл
Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-109 - Клиническая лабораторная диагностика и нанотехнологии в медицине
Ключевые слова Оптическая биопсия, жидкостная биопсия, Рамановская спектроскопия, проекция на латентные структуры, нейронные сети, неинфекционные заболевания, анализ кожи, анализ крови
Код ГРНТИ76.13.23; 29.31.26
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В современной популяции смертность и инвалидность от неинфекционных заболеваний является преобладающей и осознается как основная медико-социальная проблема. Наиболее значимыми являются заболевания, ассоциированные с атеросклерозом – ишемическая болезнь сердца, заболевания церебральных артерий, артериальная гипертензия, а также сахарный диабет и хронические болезни почек. Изучение процессов старения и механизмов развития заболеваний, связанных с возрастом продемонстрировало накопление модифицированных белков, липидов в сосудистой стенке, тканях жизненно важных органов. То есть объединяющим патогенетическим фактором этих состояний являются изменения метаболизма (углеводного, жирового и белкового), которые имеют общую направленность, формируя атероматозные поражения артериальной стенки, как непосредственный субстрат осложнений, ведущих к инвалидности и смерти.
Набор метаболитов, синтезируемых организмом, составляет его метаболом. Метаболическое фенотипирование, которое в настоящее время чаще всего называют «метаболомикой», определяется как «количественное измерение динамического мультипараметрического метаболического ответа живых систем на патофизиологические стимулы или генетическую модификацию». Наиболее известными компонентами метаболома, широко используемыми в клинической практике для диагностики заболеваний и определения их прогноза являются глюкоза, мочевая кислота, креатинин, холестерин и его фракции, триглицериды. В последние десятилетия стало известно, что содержание так называемых конечных продуктов гликирования (КПГ) – неэнзимного связывания белков с глюкозой тесно связано не только со старением кожи, но отражает воспалительные, дегенеративные процессы в жизненноважных органах - сердце, мозге, почках. Исследование состояния сосудистой стенки легло в основу концепции современной кардиологии «сосудистого возраста». Потеря эластичности крупных артериальных сосудов - аорты и ее ветвей сопряжено с увеличением летальности от сердечно-сосудистых заболеваний, главными из которых являются инфаркт миокарда и инсульт, с которыми связано не менее 50% общей смертности в популяции. Доказано, что деградация эластина и коллагена - основных материалов аортальной стенки происходит благодаря образованию обсуждаемых гликированных соединений. Эти процессы определяются генетическими факторами и факторами образа жизни, среди которых характер питания, статус курения, образ жизни и тд. Определение метаболического профиля тканей человека является перспективным для выявления так называемых биомаркеров - суррогатных критериев, имеющих доказанное прогностическое значение, что позволяет проводить стратификацию риска с тем, чтобы в группе пациентов с неблагоприятными параметрами осуществлять наиболее агрессивную стратегию, направленную на их нормализацию. Выявление новых биомаркеров, связанных с патологической перестройкой сердца и сосудов является актуальным для науки и практики подхода, направленного на борьбу со старением и обусловленными старением заболеваниями.
Анализ изменений состава различных слоев кожи человека - одно из ведущих направлений, которое сформулировано как «aging» и включает исследование механизмов физиологического старения и заболеваний, связанных с возрастом. Кроме того, кожа доступна и поэтому привлекательна как объект диагностики in vivo. При изучении компонентного состава кожи используются различные биохимические и иммунохимические методы лабораторных анализов. Однако эти методы инвазивны и требуют дополнительных реагентов. Помимо применяемых сегодня лабораторных методов анализа, для изучения компонентного состава кожи человека могут успешно применяться различные физические методы. В настоящее время Рамановская спектроскопия используется в клинических экспериментальных исследованиях для определения состава кожи, количественной оценки содержания определенных химических компонентов в коже, для определения эффективности доставки лекарств через кожу, для определения биофизических связей между колебательными характеристиками и конкретными композиционными и химическими изменениями, связанными со старением, и т.д.
В современной мировой практике появляются перспективные методы диагностики, такие как «оптическая биопсия» и «жидкостная биопсия», которые представляет собой экспрессный анализ специфических биомаркеров заболеваний, содержащихся в биологических тканях и жидкостях, и обладают потенциалом для устранения ограничений традиционных методов клинического анализа. Одним из самых перспективных методов оптического анализа (и оптической биопсии) и диагностическим инструментом является Рамановская спектроскопия, которая может способствовать пониманию молекулярных основ заболеваний и созданию новых биоаналитических инструментов для диагностики заболеваний в том числе и на доклинической фазе. Поскольку каждый тип биоткани и биожидкости имеет индивидуальный молекулярный состав и, тем самым, уникальный спектральный профиль, возникающий в результате перехода молекулы из одного колебательно-вращательного состояния в другое, то набор таких индивидуальных состояний функциональных групп нуклеиновых кислот, белков, липидов и углеводов позволяет охарактеризовать компонентный состав тканей, что в конечном итоге позволяет выделять маркеры заболеваний.
Наряду с использованием методов оптической биопсии тканей в настоящем проекте предлагается применять сверхчувствительную методику анализа биожидкостей на основе поверхностно-усиленной Рамановской спектроскопии, которая будет наиболее эффективны для обнаружения низких концентраций маркеров заболеваний в биологических жидкостях. В последнее десятилетие развитие нанотехнологий привело к созданию многообещающих инструментов для решения новых задач в исследовании различных заболеваний человека, что особенно важно для эффективного и адресного лечения и более глубокого фундаментального понимания биохимии заболеваний.
Предлагаемый в проекте подход, заключающийся в комплексном применении методик поверхностно-усиленной Рамановской спектроскопии для анализа крови, и анализа кожи человека с применением Рамановской спектроскопии, позволит получить большой массив спектральных данных и осуществить их детальную статистическую обработку, что позволит формализовать анализ и значительно повысить его достоверность для диагностики и анализа течения неинфекционных заболеваний. За счет взаимодействия ученых-специалистов из разных областей знаний (медицина, физика, математика, химия) станет возможным создание прототипа устройства для проведения комплексной «оптической и жидкостной биопсии», которая позволит устранить недостатки существующих клинических методов диагностики неинфекционных заболеваний, а также расширить представления о структурных перестройках в тканях и биологических жидкостях при развитии обсуждаемых заболеваний.
Предлагаемый метод не исключает применения уже существующих методов диагностики, но в дополнение к ним может существенно повысить точность анализа, помочь специалистам различных областей медицины в обнаружении заболеваний, оценке их течения и определении оптимальных методов лечения.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ