Differences in the kinetics of optical clearing of healthy and diabetic head tissues

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background and Objectives: Optical differentiation of pathologies is a promising tool for biomedical diagnostics, primarily due to its non-invasiveness and ease of implementation. The values of optical parameters andthe kinetics oftheir changes differ in healthy and pathological tissues due to changes in the tissue structure. In diabetes mellitus, such changes are especially noticeable. This requires detailed studies and the development of quantitative criteria for differentiating pathological (glycated) tissues. Materials and Methods: This paper presents an ex vivo experimental study of the optical and geometric parameters of rat head tissue samples under the action of an immersion liquid in the form of an aqueous 70% glycerol solution. Results: Optical and volumetric-weight characteristics were measured for rat head tissue samples (scalp skin, skull bone, dura mater, gray and white matter of the brain) in health and in model diabetes mellitus. Collimated transmission spectra of tissue samples were measured in the wavelength range of 450–900 nm. Conclusion: Analysis of optical transmittance kinetics over time up to 60 minutes has shown that all types of head tissue in diabetic rats exhibited impaired diffusion of test glycerol molecules compared to healthy rats.

About the authors

Alaa Sabeeh Shanshool

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0001-5064-1461
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Ekaterina Nikolaevna Lazareva

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0002-9041-9846
SPIN-code: 2928-3080
Scopus Author ID: 20436373600
ResearcherId: G-8109-2016
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Yury I. Surkov

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0001-6736-4480
SPIN-code: 5034-7994
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Saeed Ziaee

Saratov State University

ORCID iD: 0009-0000-7433-1935
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Polina Aleksandrovna Timoshina

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0003-4856-9522
SPIN-code: 2205-9329
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Isabella A. Serebryakova

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0001-6285-9222
SPIN-code: 9689-3947
Scopus Author ID: 57219427217
ResearcherId: AAN-8377-2020
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Daria K. Tuchina

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0003-0203-4979
SPIN-code: 9952-5501
Scopus Author ID: 55795869700
ResearcherId: D-4728-2013
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Elina Alekseevna Genina

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0002-1223-1100
SPIN-code: 7202-4364
Scopus Author ID: 57001258100
ResearcherId: D-4358-2013
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Valery Viсtorovich Tuchin

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0001-7479-2694
SPIN-code: 7929-3192
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

References

  1. Tuchin V. V. Tissue Optics. Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnostics. SPIE Press, 2015. 988 p. https://spie.org/Publications/Book/2175698
  2. Khalid M., Petroianu G., Adem A. Advanced glycation end-products and diabetes mellitus: Mechanisms and perspectives. Biomolecules, 2022, vol. 12, no. 4, art. 542. https://doi.org/10.3390/biom12040542
  3. Tuchina D. K., Bucharskaya A. B., Dyachenko (Timoshina) P. A., Dikht N. I., Terentyuk G. S., Tuchin V. V. Optical and structural properties of biological tissues under simulated diabetes mellitus. In: Dunaev A., Tuchin V., eds. Biomedical Photonics for Diabetes Research. Boca Raton, FL, CRC Press, 2022, pp. 1–31. https://www.routledge.com/Biomedical-Photonics-for-Diabetes-Research/Dunaev-Tuchin/p/book/9780367628307
  4. Quansah E., Shaik T. A., Çevik E., Wang X., Hoppener C., Meyer-Zedler T., Deckert V., Schmitt M., Popp J., Krafft C. Investigating biochemical and structural changes of glycated collagen using multimodal multiphoton imaging, Raman spectroscopy, and atomic force microscopy. Anal. Bioanal. Chem., 2023, vol. 415, no. 2, pp. 6257–6267. https://doi.org/10.1159/000448121
  5. Yokota M., Tokudome Y. The effect of glycation on epidermal lipid content, its metabolism and change in barrier function. Skin Pharmacol. Physiol. 2016, vol. 29, no. 5, pp. 231–242. https://doi.org/10.1159/000448121
  6. Oliveira L. R., Pinheiro M. R., Tuchina D. K., Timoshina P. A., Carvalho M. I., Oliveira L. M. Light in evaluation of molecular diffusion in tissues: Discrimination of pathologies. Adv. Drug Deliv. Rev., 2024, vol. 212, art. 115420. https://doi.org/10.1016/j.addr.2024.115420
  7. Gaar J., Rafea N., Margaret B. Enzymatic and non-enzymatic crosslinks found in collagen and elastin and their chemical synthesis. Org. Chem. Front., 2020, vol. 7, no. 1, pp. 2789–2814. https://doi.org/10.1039/d0qo00624f
  8. Gautieri A., Passini F. S., Silván U., Guizar-Sicairos M., Carimati G., Volpi P., Moretti M., Schoenhuber H., Redaelli A., Berli M., Snedeker J. G. Advanced glycation end-products: Mechanics of aged collagen from molecule to tissue. Matrix Biol., 2017, vol. 59, pp. 95–108. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2016.09.001
  9. Mengstie M. A., Abebe E. C., Teklemariam A. B., Mulu A. T., Agidew M. M., Azezew M. T., Zewde E. A., Teshome A. A. Endogenous advanced glycation end products in the pathogenesis of chronic diabetic complications. Front. Mol. Biosci., 2022, vol. 9, art. 1002710. https://doi.org/10.3389/fmolb.2022.1002710
  10. Kim Y. Blood and Tissue advanced glycation end products as determinants of cardiometabolic disorders focusing on human studies. Nutrients, 2023, vol. 15, no. 8, art. 2002. https://doi.org/10.3390/nu15082002
  11. Feng W., Zhang C., Yu T., Zhu D. Quantitative evaluation of skin disorders in type 1 diabetic mice by in vivo optical imaging. Biomed. Opt. Express, 2019, vol. 10, pp. 2996–3008. https://doi.org/10.1364/BOE.10.002996
  12. Zharkikh E., Dremin V., Zherebtsov E., Dunaev A., Meglinski I. Biophotonics methods for functional monitoring of complications of diabetes mellitus. J. Biophotonics, 2020, vol. 13, art. e202000203. https://doi.org/10.1002/jbio.202000203
  13. Zhu J., Li D., Yu T., Zhu D. Optical angiography for diabetes-induced pathological changes in microvascular structure and function: An overview. J. Innov. Opt. Health Sci., 2022, vol. 15, art. 2230002. https://doi.org/10.1142/S1793545822300026
  14. Shirshin E., Cherkasova E. O., Tikhonova T., Berlovskaya E., Priezzhev A., Fadeev V. Native fluorescence spectroscopy of blood plasma of rats with experimental diabetes: identifying fingerprints of glucose-related metabolic pathways. J. Biomed. Opt., 2015, vol. 20, art. 051033. https://doi.org/10.1117/1.JBO.20.5.051033
  15. Islam M. S., du T. Loots. Experimental rodent models of type 2 diabetes: A review. Methods Find. Exp. Clin. Pharmacol., 2009, vol. 31, no. 4, pp. 249–261. https://doi.org/10.1358/mf.2009.31.4.1362513
  16. Physical Properties of Glycerine and Its Solutions. New York, Glycerine Producers’ Association, 1963. 17 p.
  17. Tuchina D. K., Bashkatov A. N., Genina E. A., Tuchin V. V. The effect of immersion agents on the weight and geometric parameters of myocardial tissue in vitro. Biophysics, 2018, vol. 63, pp. 791–797. https://doi.org/10.1134/S0006350918050238

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».