Использование метода динамического светорассеяния открывает новые возможности медицинской диагностики
В Лаборатории нелинейной оптики и рассеяния света ФИАН проведены испытания нового аналитического метода исследования многокомпонентных взвесей на основе динамического рассеяния света. В качестве объекта исследования была взята неразбавленная плазма крови. Полученные результаты создают основу для разработки новых методик диагностики различных заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых и онкологических.
В настоящее время для определения размеров частиц в моно- и многокомпонентных системах достаточно эффективно используются методы, в основе которых лежит явление динамического рассеяния света. Эти методы являются предпочтительными для исследования биологических образцов, поскольку являются неинвазивными и не нарушают структуру исследуемых частиц (например, белков или макромолекул). Примером применения методов светорассеяния в медицинской практике являются методики диагностики сердечно-сосудистых или онкологических заболеваний, разработанные учеными МГУ им. М.В. Ломоносова и Онкологического центра им. Н.Н. Блохина. В этих методах в качестве объекта исследования и диагностики используется сыворотка крови (разбавленная в 20 раз). Светорассеяние позволяют определить различные параметры сыворотки – размеры частиц, входящих в ее состав, второй вириальный коэффициент и проч.
Характерно, что публикаций, посвящённых исследованию плазмы крови с помощью динамического рассеяния света, крайне мало. Причиной этому является то, что плазма крови представляет собой многокомпонентную систему, чье состояние меняется после изъятия ее из организма, что сильно усложняет исследование. Вероятно, поэтому в существующих публикациях представлены лишь отдельные примеры, в которых показаны распределения интенсивности рассеянного света по размерам частиц плазмы крови, полученной от различных доноров. Однако вопрос о том, как меняются эти распределения во времени для каждого образца плазмы крови, оставался открытым.
Плазма крови представляет собой сложную многокомпонентную систему, содержащую большое количество различных органических и неорганических соединений. В отличие от сыворотки крови, в которой процессы деградации белков и их агрегации, обеспечивающие свертывание крови уже прошли, в плазме крови эти процессы ингибированы благодаря действию антикоагулянтов (например, гепарина). Однако замедление этих процессов не гарантирует отсутствия их влияния на структуры и концентрации молекул белков и их комплексов в плазме крови.
В Лаборатории нелинейной оптики и рассеяния света ФИАН проведены испытания нового аналитического метода на основе динамического рассеяния света, при этом в качестве объекта исследования была взята неразбавленная плазма крови. Данная работа ставила своей целью исследование временной динамики размеров и концентраций частиц в плазме крови в течение двух суток после взятия крови у донора с помощью методов светорассеяния.
Исследование динамики распределений интенсивности рассеянного света по размерам частиц показало, что эти распределения в плазме крови многомодальны (то есть имеют несколько пиков – групп размеров) и меняются от измерения к измерению. Временной ход средних размеров частиц в каждой из групп представлен на рис. 1 (правая часть). В левой части рис. 1 приведена новая характеристика, полученная в результате проведенных экспериментов, показывающая распределение числа регистраций определенных размеров частиц за все время наблюдений. Таким образом, с помощью разработанной новой методики удалось определить статистически достоверные размеры частиц, которые не меняются в образце плазмы крови на второй день измерений.
Исследование временного хода суммарной интенсивности рассеянного света, также как исследование динамики размеров частиц, имеет научную и практическую ценность, поскольку отражает процессы, протекающие в исследуемом образце. Установлено, что средняя величина интенсивности для образцов плазмы крови всех исследованных доноров уменьшается на второй день наблюдений. Такие изменения интенсивности могут быть обусловлены перераспределением концентраций частиц по регистрируемым группам, что было подтверждено оценками концентраций частиц в каждой из групп размеров на первый и второй день измерений. Так как указанное перераспределение частиц между регистрируемыми группами связано с протеканием процессов деградации и агрегации частиц, то подробное исследование этого эффекта открывает возможности для разработки методик диагностики заболеваний, связанных с нарушениями обмена веществ донора.
На рисунке: (a) Распределение количества регистраций определенных размеров частиц в образцах плазмы крови;
(б) соответствующий ему временной ход средних размеров частиц в каждом из пиков
Заведующий Лабораторией нелинейной оптики и рассеяния света ФИАН, канд. физ.-мат. наук Леонид Чайков так прокомментировал результаты проделанной работы.
«Настоящая работа является актуальной и с фундаментальной точки зрения, благодаря разработке новых практических методик, расширяющих возможности применения методов светорассеяния для исследования сложных многокомпонентных систем, равно как и с точки зрения практического применения ее результатов, поскольку создает предпосылки для разработки новых методик диагностики различных заболеваний».
В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»
