Оптические свойства паренхимы печени и желчи как прогностические признаки печеночной недостаточности и диагностические маркеры этиологии обструктивного поражения желчевыводящих путей при механической желтухе

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 23-25-00487

НазваниеОптические свойства паренхимы печени и желчи как прогностические признаки печеночной недостаточности и диагностические маркеры этиологии обструктивного поражения желчевыводящих путей при механической желтухе

Руководитель Потапова Елена Владимировна, Кандидат технических наук

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

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

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

Ключевые слова малоинвазивная хирургия, печень, механическая желтуха, печеночная недостаточность, биофотоника, биомедицинская инженерия, флуоресцентная спектроскопия, спектроскопия диффузного отражения, спектроскопия комбинационного рассеяния

Код ГРНТИ76.13.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Дифференциальная диагностика причин механической желтухи (МЖ) остается сложной задачей, обусловленной неотложным состоянием больного, требующим срочного врачебного вмешательства. Раннее выявление истинной причины обструкции желчевыводящих путей приводит к своевременному определению тактической позиции в ведении пациента и определяет прогноз для здоровья и жизни больного. Одним из частых осложнений МЖ, являющимся основной причиной летального исхода, является печеночная недостаточность (ПН). В связи с этим повышение качества дифференциальной диагностики МЖ и своевременное определение и прогнозирование развития ПН занимают важное место в проблеме улучшения результатов лечения больных с обструкцией желчевыводящих путей. Настоящий проект направлен на исследование паренхимы печени и желчи с помощью методов оптической диагностики. Предполагается, что изменения спектров КР желчи и перфузионно-метаболических характеристик печеночной паренхимы могут выступить в качестве прогностических признаков ПН и причины обструкции желчевыводящих путей при МЖ. Желчь как непосредственный продукт жизнедеятельности гепатоцитов является маркером их функционального состояния. Поэтому желчь, полученная при проведении декомпрессии желчевыводящих путей, может служить основой для быстрой и высокочувствительной диагностики. Рамановская сигнатура желчи отражает её биохимический состав, который в свою очередь зависит от состояния печеночной паренхимы и этиологии патологического процесса. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) позволят исследовать специфику изменения биохимический состава в динамике. Наличие антеградного (перкутанного) доступа позволяет ввести в печеночную паренхиму и желчевыводящие протоки оптоволоконный зонд и оценить функциональное состояние печени. Изучение процессов тканевого и клеточного метаболизма возможно проводить на основе методов флуоресцентной спектроскопии (ФС) и спектроскопии диффузного отражения (СДО). Основной целью проекта является проведение комплексных исследований взаимосвязи причин нарушения проходимости желчевыводящих путей и степени выраженности ПН с изменением биохимического состава желчи и функционального состояния печеночной паренхимы методами оптической диагностики. В этой связи задачами фундаментального исследования являются: 1. Исследование влияния этиологии МЖ и степени ПН на спектры КР желчи in vitro. 2. Исследование влияния степени ПН на тканевую сатурацию печеночной паренхимы, а также, содержание метаболических коферментов (NADH, FAD), свободных жирных кислот, билирубина in vivo методами ФС и СДО. 3. Исследование влияния антеградной декомпрессии желчевыводящих путей на развитие ПН с оценкой биохимического состава желчи методом КР. 4. Разработка алгоритмов обработки данных на основе интеллектуальных систем. 5. Разработка методологической основы для проведения диагностической процедуры на основе методов оптической диагностики, позволяющей определять этиологию МЖ и оценивать степень ПН. В основу разработки лягут теоретические и экспериментальные данные, а также выявленные причинно-следственные связи, полученные на основе комплексного анализа биохимических показателей крови, солевого состава желчи и оптических сигналов. Проект позволит получить новые фундаментальные знания о спектрах КР желчи, которые будут положены в основу новых диагностических критериев для разработки методологической базы point-of-care технологии определения этиологии МЖ и оценки степени и прогноза прогрессирования ПН. Будут получены новые знания о связи оптических характеристик с уровнем ПН. Предполагается, что будут получены новые знания о влиянии декомпрессии желчевыводящих путей на течение ПН. 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.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Deconvolution of the fluorescence spectra measured through a needle probe to assess the functional state of the liver Lasers in Surgery and Medicine, 55: 690–701 (год публикации - 2023)
10.1002/lsm.23695

2. Потапова Е.В., Приземин В.Н., Сумин Д.С., Мамошин А.В. Оценка содержания билирубина в печеночной желчи пациентов с механической желтухой методом спектроскопии комбинационного рассеяния Оптика и спектроскопия, том 131, вып. 8 (год публикации - 2023)
10.61011/OS.2023.08.56310.5436-23

3. Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Палалов А.А., Серёгина Е.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Исследование оптических свойств печени крыс и желчи человека в диапазоне длин волн 350–1300 нм Медицинская физика, № 2, 53-54 (год публикации - 2023)

4. Кандурова К.Ю. Спектрофотометрические исследования оптических характеристик печени и желчи в диапазоне 350-1300 нм Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, №5 (361), 117-126 (год публикации - 2023)
10.33979/2073-7408-2023-361-5-117-126

5. Потапова Е.В., Мамошин А.В., Дрёмин В.В., Жеребцов Е.А., Кандурова К.Ю., Шуплецов В.В., Сумин Д.С., Дунаев А.В. Устройство флуоресцентно-отражательной спектроскопии в диагностике заболеваний печени Медицинская физика, № 2, 85 (год публикации - 2023)

6. Потапова Е.В., Кандурова К.Ю., Приземин В.Н., Сумин Д.С., Мамошин А.В. Методы оптической спектроскопии для анализа функционального состояния печени пациентов с синдромом механической желтухи Современные тренды в биофотонике – 2023: сборник тезисов докладов / Федер. иссл. центр Ин-т приклад. физики РАН, с. 12 (год публикации - 2023)

7. Потапова Е.В., Кандурова К.Ю., Приземин В.Н., Сумин Д.С., Мамошин А.В. Optical spectroscopy in the assessment of the functional state of the liver Book of Abstracts 17th INTERNATIONAL CONFERENCE ON LASER APPLICATIONS IN LIFE SCIENCES, p.10 (год публикации - 2023)

8. Приземин В.Н., Сумин Д.С., Потапова Е.В., Мамошин А.В. Раман спектроскопический анализ желчи пациентов с синдромом механической желтухи на фоне антеградной декомпрессии желчевыводящих путей Сборник тезисов докладов XII Конгресса молодых ученых ИТМО. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, - (год публикации - 2023)

9. Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Спектральный состав флуоресценции печени у пациентов с механической желтухой Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине: сборник трудов Всероссийской конференции, с. 41 (год публикации - 2023)

10. Приземин В.Н., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Оценка выделительной функции печени при синдроме механической желтухи на основе анализа спектров комбинационного рассеяния желчи Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине: сборник трудов Всероссийской конференции, с. 49 (год публикации - 2023)

11. Сумин Д.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В., Кандурова К.Ю., Приземин В.Н., Руднев В.О. Диагностика печеночной недостаточности у пациентов с синдромом механической желтухи XV Съезд хирургов России: сборник тезисов, c. 337-338 (год публикации - 2023)

12. Приземин В.Н., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В Спектроскопия комбинационного рассеяния желчи в оценке функционального состояния печени при механической желтухе после антеградной декомпрессии Сборник тезисов Всероссийской научной конференции с международным участием «Невская фотоника – 2023», с. 278 (год публикации - 2023)

13. Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Анализ состава спектров флуоресценции для оценки функционального состояния печени пациентов с синдромом механической желтухи Сборник тезисов Всероссийской научной конференции с международным участием «Невская фотоника – 2023», с.171 (год публикации - 2023)

14. Кандурова К.Ю., Потапова Е.В. Oценка функционального состояния печени пациентов с механической желтухой методами флуоресцентной и отражательной спектроскопии НЕЙРОБАЙКАЛ 2024. пос. Большие Коты, оз. Байкал, 22–27 июля 2024 года, с.19 (год публикации - 2024)

15. Кандурова К.Ю., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Возможности флуоресцентно-отражательной спектроскопии для классификации функционального состояния печени пациентов с механической желтухой Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, № 5, Т. 367, С. 164-173 (год публикации - 2024)
10.33979/2073-7408-2024-367-5-164-173

16. Дунаев А.В., Потапова Е.В., Дремин В.В. Применение флуоресцентной спектроскопии в решении фундаментальных и клинических задач медицины Первая Всероссийская конференция по люминесценции LUMOS-2024 , с. 24 (год публикации - 2024)

17. Потапова Е.В. A hardware and software system of fluorescence and reflectance spectroscopy for intraoperative diagnosis of tissue metabolism Biomedical Engineering, No. 4, V. 346, pp. 4–7. (год публикации - 2024)
10.1007/s10527-024-10403-1

18. Мамошин А.В., Потапова Е.В., Дунаев А.В., Сумин Д.С., Кандурова К.Ю., Шуплецов В.В. Оптические технологии в структуре миниинвазивных вмешательств при патологии печени Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии, №34, Т.5, С. 60 (год публикации - 2024)

19. Потапова Е.В. Интраоперационная флуоресцентная диагностика in vivo ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНЫ. FluoBioMed-2024, С.63. (год публикации - 2024)

20. Потапова Е.В. Интраоперационная оптическая биопсия как инструмент real-time диагностики состояния биотканей в малоинвазивной хирургии НЕЙРОБАЙКАЛ 2024. пос. Большие Коты, оз. Байкал, 22–27 июля 2024 года, С.36 (год публикации - 2024)

21. Потапова Е.В. Метод синтеза биотехнической системы интраоперационной оптической диагностики перфузионно-метаболических параметров в малоинвазивной хирургии Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, № 5, Т. 367, С. 60-70 (год публикации - 2024)
10.33979/2073-7408-2024-367-5-60-70

22. Потапова Е.В., Кандурова К.Ю., Приземин В.Н., Сумин Д.С., Мамошин А.В. Therapeutic and diagnostic algorithm for patients with obstructive jaundice based on the estimation of the optical characteristics of the liver and bile Journal of Biomedical Photonics and Engineering, Issue 4, Vol. 10, Article Number 040304 (год публикации - 2024)
10.18287/JBPE24.10.040304

23. Кандурова К.Ю., Приземин В.Н., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Потапова Е.В. Применение мультимодального подхода в оптической спектроскопии для анализа функционального состояния печени при механической желтухе Медицинская физика, №2, С.31-32. (год публикации - 2024)

24. Кандурова К.Ю., Сумин Д.С., Мамошин А.В., Кириллин М.Ю., Потапова Е.В. Study of liver parenchyma in obstructive jaundice using fluorescence and diffuse reflectance spectroscopy methods IEEE. 2024 International Conference Laser Optics (ICLO), p.490 (год публикации - 2024)
10.1109/ICLO59702.2024.10624238

25. Сумин Д.С., Мамошин А.В. Оценка функционального состояния печени у пациентов с синдромом механической желтухи при выполнении антеградных декомпрессионных вмешательств Сборник тезисов конференции третья всероссийская конференция молодых ученых «Современные тренды в хирургии», с. 39 (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Результаты: 1. Разработана методология синтеза биотехнической системы интраоперационной оптической диагностики для решения задач малоинвазивной хирургии. Впервые сформулированы принципы получения дополнительной диагностической информации интраоперационно на основе регистрации и последующего анализа оптических сигналов с использованием оригинальных оптоволоконных зондов, совместимых с инструментами для проведения минимально инвазивных хирургических вмешательств. 2. Сформирована база клинических данных, полученных в процессе комплексных оптических исследований желчи in vitro и печени in vivo. Исследование проводилось на базе отделения рентгенохирургических методов диагностики и лечения Орловской областной клинической больницы (г. Орел, Россия). В исследовании приняли участие пациенты с синдромом механической желтухи. Измерения спектров флуоресценции проводились во время первичной антеградной декомпрессии желчевыводящих путей под ультразвуковым и рентгеновским контролем. Забор образцов желчи для исследования методом спектроскопии комбинационного рассеяния осуществлялся при выполнении антеградной декомпрессии желчевыводящей системы по пункционной игле и в динамике – по дренажному катетеру из общего желчного протока. 3. Разработан лечебно-диагностический алгоритм ведения пациентов с синдромом механической желтухи, базирующийся на регистрации спектров флуоресценции в паренхиме печени интраоперационно при установке дренажных систем во время антеградной декомпрессии желчевыводящих путей, а также на регистрации спектров комбинационного рассеяния желчи, полученной по дренажному каналу. Данный алгоритм отличается тем, что позволяет выявлять накопления флуорофоров в паренхиме печени, являющихся индикаторами тяжелой печеночной недостаточности, а также оценивать содержание билирубина в желчи в динамике в послеоперационном периоде. На основании этого представляется возможным прогнозировать течение послеоперационного периода у пациентов с синдромом механической желтухи после дренирующих минимально инвазивных хирургических вмешательств и уточнять необходимость присоединения экстракорпоральных методов детоксикации к стандартной терапии, а также возможность перехода к следующему этапу лечения основного заболевания. 4. Выявлены изменения в тканевой сатурации паренхимы печени у пациентов с отрицательной динамикой общего состояния после билиарной декомпрессии. Данный параметр может использоваться как для общей оценки функционального статуса печени, так и для разработки других лечебно-диагностических алгоритмов функционального состояния печени пациентов с синдромом механической желтухи. 5. Разработан способ определения этиологии синдрома механической желтухи на основе оптических данных желчи, полученных методом спектроскопии комбинационного рассеяния. 6. Разработан способ оценки функционального состояния печени при синдроме механической желтухи на фоне выполнения чрескожной чреспеченочной холангиостомии под контролем ультразвуковой навигации, основанный на методе клиновидной дегидратации. 7. Результаты проекта легли в основу подготовки кандидатской и докторской диссертаций по специальности 2.2.12. Приборы, системы и изделия медицинского назначения. 8. Получены следующие результаты интеллектуальной деятельности: опубликовано 12 работ, в том числе 4 публикации из баз данных Scopus и Web of Science и 4 публикации в изданиях, индексируемых в базе данных RSCI. О результатах проекта доложено на следующих конференциях: 1. Третья всероссийская конференция молодых ученых «Современные тренды в хирургии», г. Москва, 29-30 марта 2024 года. 2. Первая Всероссийская конференция по люминесценции LUMOS-2024, г. Москва, 23-26 апреля 2024 года. 3. Всероссийская междисциплинарная научно-практическая конференция с международным участием «Флуоресценция для биомедицины», г. Нижний Новгород, 8-11 сентября 2024 года. 4. 21st International Conference Laser Optics ICLO 2024, г. Санкт-Петербург, 1-5 июля 2024 года. 5. Тридцатый юбилейный российский гастроэнтерологический конгресс, г. Москва, 29 сентября – 1 октября 2024 года. 6. XXVIII Международная конференция Saratov Fall Meeting-2024, XII Symposium on Optics & Biophotonics, г. Саратов, 23-27 сентября 2024 года. 7. XXII Всероссийская молодежная Самарская конкурс-конференция по оптике, лазерной физике и физике плазмы, г. Самара, 12-16 ноября 2024 года. 8. XXXI Международный конгресс Ассоциации гепатопанкреатобилиарных хирургов стран СНГ «Актуальные проблемы гепатопанкреатобилиарной хирургии», г. Казань, 28-30 ноября 2024 года. Все заявленные в проекте работы выполнены в полном объеме: проведены запланированные исследования, выполнены показатели по публикационной активности и обнародованию результатов на конференциях. 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. Сотрудники НТЦ биомедицинской фотоники выступили на конференции «FLUOBIOMED-2024» (https://oreluniver.ru/media/news/show/1/22807). 2. Ученые ОГУ имени И. С. Тургенева представили свои исследования на конгрессе «Онкорадиология, лучевая диагностика и терапия» (https://oreluniver.ru/media/news/show/1/21167). 3. Выступление сотрудников НТЦ биомедицинской фотоники на Международной конференции в Санкт-Петербурге (https://www.bmecenter.ru/ru/node/846).

Публикации

Возможность практического использования результатов
В ходе выполнения проекта (2023-2024 гг.) велась непрерывная проработка вопросов возможности коммерциализации разрабатываемой диагностической технологии для оценки функционального состояния паренхимы печени непосредственно в клиническую практику. Ведется подготовка к коммерциализации результатов завершённого проекта РНФ, ведутся 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 оценки функционального состояния печени у пациентов с синдромом механической желтухи ввиду необходимости формирования большой базы данных экспериментальных исследований. В 2023 году подписано соглашение о сотрудничестве с ООО «Medical Visual Systems» (г. Санкт-Петербург), с которым обсуждается возможность интегрирования результатов разработанной технологии в перечень выпускаемой компанией продукции.