Obrabotka spektrov kombinatsionnogo rasseyaniya sveta novoobrazovaniy kozhi metodom lorentsevoy approksimatsii: pilotnye issledovaniya

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Конфокальная микроспектроскопия комбинационного рассеяния света предоставляет возможность диагностики рака путем количественного анализа спектральных особенностей и выявления основных биохимических изменений. Была проведена дифференциация злокачественных новообразований кожи (базальноклеточной карциномы кожи, плоскоклеточной карциномы), доброкачественных новообразований кожи (папиллома) и здоровой кожи путем получения спектров комбинационного рассеяния света in vitro при возбуждении на длинах волн 532 и 785 нм. Нами представлен новый метод анализа параметров спектральных полос, основанный на расчете второй производной и лоренцевой аппроксимации спектров. В результате использования данного метода на малой выборке новообразований кожи было установлено, что процессы в опухолях кожи могут вызывать деформацию вторичной структуры белков, приводящую к деградации и смещению соответствующих полос (972 см-1, 1655 см-1) в область низких частот. Полосы, соответствующие липидам, в новообразованиях кожи либо расширяются и увеличиваются, либо расщепляются на два пика (полосы 1061, 1127, 1297, 1439, 1745 см-1). Нарушение структуры липидов, также обозначенное в нескольких полосах как сдвиг в сторону меньших волновых чисел, возможно, обусловлено повышенной текучестью клеточной мембраны в опухолях. Результаты исследования могут быть полезны для разработки методов оптической биопсии для ранней диагностики опухолей.

References

  1. V. V. Tuchin, Handbook of Optical Biomedical Diagnostics, 2nd ed., SPIE Press, Bellingham, WA, USA (2016), p. 1410.
  2. V. Tuchin, J. Popp, and V. Zakharov, Multimodal Optical Diagnostics of Cancer, 1st ed., Springer, Cham, Switzerland (2020), p. 597; https://doi.org/10.1007/978-3-030-44594-2.
  3. В. П. Захаров, К. В. Ларин, С. В. Козлов, А. А. Морятов, И. А. Братченко, О. О. Мякинин, Д. Н. Артемьев, Ю. А. Христофорова, Физика волновых процессов и радиотехнические системы 16(3), 73 (2013).
  4. С. В. Козлов, В. Захаров, А. А. Морятов, И. А. Братченко, Д. Н. Артемьев, Известия Самарского научного центра Российской академии наук 17(2-3), 542 (2015).
  5. I. A. Bratchenko, D. N. Artemyev, O. O. Myakinin, Y. A. Khristoforova, A. A. Moryatov, S. V. Kozlov, and V. P. Zakharov, J. Biomed. Opt. 22(2), 027005 (2017).
  6. I. A. Bratchenko, L. A. Bratchenko, A. A. Moryatov, Y. A. Khristoforova, D. N. Artemyev, O. O. Myakinin, A. E. Orlov, S. V. Kozlov, and V. P. Zakharov, Experimental Dermatology 30(5), 652 (2021).
  7. A. N. Bashkatov, V. P. Zakharov, A. B. Bucharskaya, E. G. Borisova, Y. A. Khristoforova, E. A. Genina, V. V. Tuchin, Optical Diagnostics of Cancer 3, 106 (2020).
  8. R. Haydock, Multivariate Analysis of Raman Spectroscopy Data. Ph. D. Thesis, University of Nottingham, Nottingham, UK, December (2015).
  9. A. Synytsya, M. Judexova, D. Hoskovec, M. Miskovicova, and L. Petruzelka, J. Raman Spectrosc. 45, 903 (2014); https://doi.org/10.1002/jrs.4581.
  10. I. Matveeva, I. Bratchenko, Y. Khristoforova, L. Bratchenko, A. Moryatov, S. Kozlov, O. Kaganov, and V. Zakharov, Sensors 22, 9588 (2022); https://doi.org/10.3390/s22249588.
  11. M. Larion, T. Dowdy, V. Ruiz-Rodado, M. W. Meyer, H. Song, W. Zhang, D. Davis, M. R. Gilbert, and A. Lita, Biosensors 9, 5 (2019); https://doi.org/10.3390/bios9010005.
  12. A. N. Kuzmin, A. Pliss, A. Rzhevskii, A. Lita, and M. Larion, Biosensors 8, 106 (2018);https://doi.org/10.3390/bios8040106.
  13. G. F. Silveira, D. M. Strottmann, L. de Borba, D. S. Mansur, N. I. T. Zanchin, and J. Bordignon, Clin. Exp. Immunol. 183(1), 114 (2016); https://doi.org/10.1111/cei.12701.
  14. M. D. Keller, E. M. Kanter, and A. Mahadevan-Jansen, Spectroscopy 21(11), 33 (2006).
  15. M. A. Short, H. Lui, D. McLean, H. Zeng, A. Alajlan, and X. K. Chen, J. Biomed. Opt. 11(3), 034004 (2006); https://doi.org/10.1117/1.2209549.
  16. E. Rimskaya, S. Shelygina, A. Timurzieva, I. Saraeva, E. Perevedentseva, N. Melnik, K. Kudrin, D. Reshetov, and S. Kudryashov, Int. J. Mol. Sci. 24, 14748 (2023); https://doi.org/10.3390/ijms241914748.
  17. A. Cios, M. Ciepielak, L. Szymanski, A. Lewicka, S. Cierniak, W. Stankiewicz, M. Mendrycka, and S. Lewicki, Int. J. Mol. Sci. 22, 2437 (2021); https://doi.org/10.3390/ijms22052437.
  18. I. Saraeva, D. Zayarny, E. Tolordava, A. Nastulyavichus, R. Khmelnitsky, D. Khmelenin, S. Shelygina, and S. Kudryashov, Chemosensors 11(7), 361 ((2023)); https://doi.org/10.3390/chemosensors11070361.
  19. I. Saraeva, E. Tolordava, S. Sheligyna, A. Nastulyavichus, R. Khmelnitskii, N. Pokryshkin, D. Khmelenin, S. Kudryashov, A. Ionin, and A. Akhmatkhanov, Int. J. Mol. Sci. 24(6), 5119 (2023); https://doi.org/10.3390/ijms24065119.
  20. X. Lu, Q. Liu, J. A. Benavides-Montano, A. V. Nicola, D. E. Aston, B. A. Rasco, and H. C. Aguilar, J. Virol. 87(6), 3130 2013; https://doi.org/10.1128/jvi.03220-12.
  21. A. O’Grady, A. C. Dennis, D. Denvir, J. J. McGarvey, and S. E. Bell, Anal. Chem. 73(9), 2065 (2001).
  22. M. N. Kinalwa, E. W. Blanch, and A. J. Doig, Anal. Chem. 82(15), 6347 (2010).
  23. C. A. Tellez Soto, L. P. Medeiros-Neto, L. dos Santos, A. B. Santos, I. Ferreira, P. Singh, R. Canevari, and A. A. Martin, J. Raman Spectrosc. 49(7), 1165 (2018); https://doi.org/10.1002/jrs.5370
  24. C. E. E. Grace, M. B. Mary, S. Vaidyanathan, and S. Srisudha, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 270, 120830 (2022).
  25. L. Chrit, X. S. Hadjur, C. Morel, G. Sockalingum, G. Lebourdon, F. Leroy, and M. Manfait, J. Biomed. Opt. 10(4), 044007 (2005).
  26. C. A. T'ellez-Soto, M. G. P. Silva, L. dos Santos, T. D. O. Mendes, P. Singh, S. A. Fortes, P. Favero, and A. A. Martin, Vib. Spectrosc. 112, 103196 (2021).
  27. J. Zhao, H. Lui, D. I. McLean, and H. Zeng, Appl. Spectrosc. 61(11), 1225 (2007).
  28. X. Feng, A. J. Moy, H. T. Nguyen, J. Zhang, M. C. Fox, K. R. Sebastian, J. S. Reichenberg, M. K. Markey, and J. W. Tunnell, Biomed. Opt. Express 8, 2835 (2017); https://doi.org/10.1364/BOE.8.002835.
  29. P. J. Caspers, G. W. Lucassen, R. Wolthuis, H. A. Bruining, and G. J. Puppels, Biospectroscopy 4(4S), S31 (1998); https://doi.org/10.1002/(SICI)1520-6343(1998)4:5+3.0.CO;2-M/
  30. M. Gniadecka, P. A. Philipsen, S. Sigurdsson, O. F. Nielsen, D. H. Christensen, J. Hercogova, K. Rossen, H. K. Thomsen, and L. K. Hansen, J. Investig. Dermatol. 122, 443 (2004); https://doi.org/10.1046/j.0022-202X.2004.22208.x.
  31. J. Anastassopoulou, M. Kyriakidou, E. Malesiou, M. Rallis, and T. Theophanides, Infrared and Raman Sp ectroscopic Studies of Molecular Disorders in Skin Cancer 33, 567 (2019); https://doi.org/10.21873/invivo.11512.
  32. M. E. Darvin, W. Sterry, J. Lademann, and T. Vergou, The Role of Carotenoids in Human Skin.Molecules 16, 10491 (2011); https://doi.org/10.3390/molecules161210491.
  33. A. Morovati, M. A. Ansari, and V. V. Tuchin, J. Biophotonics 13, e202000124 (2020); https://doi.org/10.1002/jbio.202000124.
  34. K. Maquelin, C. Kirschner, L. P. Choo-Smith, N. van der Braak, H. P. Endtz, D. Naumann, and G. J. Puppels, J. Microbiol. Methods 51, 255 (2002); https://doi.org/10.1016/S0167-7012(02)00127-6.
  35. S. Bashir, H. Nawaz, M. I. Majeed, M. Mohsin, S. Abdullah, S. Ali, N. Rashid, M. Kashif, F. Batool, M. Abubakar, S. Ahmad, and A. Abdulraheem, Photodiagn. Photodyn. Ther. 34, 102280 (2021); https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2021.102280.
  36. Y. Choi, J. W. Yoon, J. K. Hong, Y. Ryu, and S. H. Song, Commun. Phys. 3, 1 (2020); https://doi.org/10.1038/s42005-020-00409-y.
  37. Y. Chen, J. Dai, X. Zhou, Y. Liu, W. Zhang, and G. Peng, PLoS One 9(4), e93906 (2014); https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093906.
  38. G. F. Silveira, D. M. Strottmann, L. de Borba, D. S. Mansur, N. I. T. Zanchin, J. Bordignon, C. N. Duarte dos Santos, 183(1), 114 (2016); https://doi.org/10.1111/cei.12701
  39. S. Tfaili, C. Gobinet, G. Josse, J. F. Angiboust, M. Manfait, and O. Piot, Analyst 137, 3673 (2012); https://doi.org/10.1039/C2AN16292J.
  40. Y. Li, Z. N. Wen, L. J. Li, M. L. Li, N. Gao, and Y. Z. Guo, J. Raman Spectrosc. 41, 142 (2010); https://doi.org/10.1002/jrs.2421.
  41. S. Rauniyar, K. Pansare, A. Sharda, S. R. Singh, P. Saha, M. K. Chilakapati, and S. Gupta, ACS Omega 8(6), 5522 (2023); https://doi.org/10.1021/acsomega.2c06787.
  42. N. Kourkoumelis, I. Balatsoukas, V. Moulia, A. Elka, G. Gaitanis, and I. D. Bassukas, Int. J. Mol. Sci. 16, 14554 (2015); https://doi.org/10.3390/ijms160714554.
  43. M. Kashif, M. I. Majeed, M. A. Hanif, and A. ur Rehman, Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 242, 118729 (2020); https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.118729.
  44. X. Y. Liu, P. Zhang, L. Su, L. M. Wang, X. D. Wei, H. Q. Wang, and T. F. Lin, J. Nanosci. Nanotechnol. 18, 6776 (2018); https://doi.org/10.1166/jnn.2018.15510.
  45. R. Vyumvuhore, A. Tfayli, H. Duplan, A. Delalleau, M. Manfait, and A. Baillet-Guffroy, Analyst 138, 4103 (2013); https://doi.org/10.1039/C3AN00716B.
  46. D. Lunter, V. Klang, D. Kocsis, Z. Varga-Medveczky, S. Berko, and F. Erdo, Experimental Dermatology 31(9), 1311 (2022); https://doi.org/10.1111/exd.14645.
  47. P. Rekha, P. Aruna, E. Brindha, D. Koteeswaran, M. Baludavid, and S. Ganesan, J. Raman Spectrosc. 47(7), 763 (2016); https://doi.org/10.1002/jrs.4897.
  48. V. Ratushny, M. D. Gober, R. Hick, T. W. Ridky, and J. T. Seykora, J. Clin. Investig. 122(2), 464 (2012); https://doi.org/10.1172/JCI57415.
  49. R. Vilar, R. J. Fish, and A. Casini, Haematologica 105(2), 284 (2020); https://doi.org/10.3324/haematol.2019.236901.
  50. A. Collen, S. M. Smorenburg, E. Peters, F. Lupu, P. Koolwijk, C. van Noorden, and V. W. van Hinsbergh, Cancer Res. 60, 6196 (2000).
  51. H. F. Dvorak, D. R. Senger, and A. M. Dvorak, Cancer Metastasis Rev. 2, 41 (1983); https://doi.org/10.1007/BF00046905.
  52. T. M. Niers, L. W. Bruggemann, C. P. Klerk, F. J. M. Muller, T. Buckle, P. H. Reitsma, D. J. Richel, C. A. Spek, O. van Tellingen, and C. J. F. van Noorden, Clinical & Experimental Metastasis 26, 171 (2009); https://doi.org/10.1007/s10585-008-9227-6.
  53. Z. Q. Wen, X. Cao, and A. Vance, J. Pharm. Sci. 97, 2228 (2008); https://doi.org/10.1002/jps.21191.
  54. H. Jayan, H. Pu, and D. W. Sun, Spectrochim. Acta, Part A 276, 121217 (2022); https://doi.org/10.1016/j.saa.2022.121217.
  55. Y. Chen, J. Dai, X. Zhou, Y. Liu, W. Zhang, and G. Peng, PLoS One 9(4), e93906 (2014); https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093906.
  56. A. Falamas, S.A. Clnta-Plnzaru, C. Dehelean, C. H. Krafft, and J. Popp, Rom. J. Biophys 20(1), 1 (2010).
  57. N. Kourkoumelis, I. Balatsoukas, V. Moulia, G. Gaitanis, and I. D. Bassukas, Int. J. Mol. Sci. 16, 14554 (2015); https://doi.org/10.3390/ijms160714554.
  58. M. Gniadecka, H. C. Wulf, N. Nymark Mortensen, O. Faurskov Nielsen, and D. H. Christensen, J. Raman Spectrosc. 28, 125 (1997); https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4555(199702)28:2/3<125::AID-JRS65>3.0.CO;2-%23.
  59. D. Predoi, S. L. Iconaru, M. Albu, C. C. Petre, and G. Jiga, Polym. Eng. Sci. 57, 537 (2017); https://doi.org/10.1002/pen.24553.
  60. C. A. Lieber, S. K. Majumder, D. Billheimer, D. L. Ellis, and A. Mahadevan-Jansen, J. Biomed. Opt. 13, 024013 (2008); https://doi.org/10.1117/1.2899155.
  61. E. B. Souto, R. da Ana, V. Vieira, J. F. Fangueiro, J. Dias-Ferreira, A. Cano, A. Zielinska, A. M.Silva, R. Staszewski, and J. Karczewski, Neoplasia 30, 100810 (2022); https://doi.org/10.1016/j.neo.2022.100810.
  62. S. Bolshakov, C. M. Walker, S. S. Strom, M. S. Selvan, G. L. Clayman, A. El-Naggar, S. M. Lippman, M. L. Kripke, and H. N. Ananthaswamy, Clinical Cancer Research 9(1), 228 (2003).
  63. N. Leopold, S. Cinta-Pinzaru, M. Baia, E. Antonescu, O. Cozar, W. Kiefer, and J. Popp, Vib. Spectrosc. 39(2), 169 (2005); https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2005.02.019.

Copyright (c) 2024 Российская академия наук

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies