priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-2-148-154pribor-117Research ArticleПРИБОРЫ, СИСТЕМЫ И ИЗДЕЛИЯ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯDEVICES, SYSTEMS AND MEDICAL DEVICESПрименение спектрометра с оптоволоконным зондом для оценки минимального числа злокачественных клеток по спектрам диффузного отражения в ближней инфракрасной областиUse of a Fiber Optic Spectrometer to Assess the Minimum Number of Malignant Cells by Diffuse Reflectance Spectra in the Near Infrared RegionБойченкоЕ. С.BoichenkoE. S.

Екатерина Сергеевна Бойченко — инженер-исследователь

Санкт-Петербург

Ekaterina S. Boichenko — Research Engineer

St. Petersburg

ekaterina.boichenko@inbox.ruПанченкоА. В.PanchenkoA. V.

Андрей Владимирович Панченко — д-р мед. наук; главный научный сотрудник

Сочи

Andrey V. Panchenko — Dr. Sci.; Chief Researcher

Sochi

ando_pan@mail.ruСурковаА. А.SurkovaA. A.

Анастасия Алексеевна Суркова — канд. хим. наук; научный сотрудник

Самара

Anastasia A. Surkova — PhD; Researcher

Samara

melenteva-anastasija@rambler.ruКирсановД. О.KirsanovD. O.

Дмитрий Олегович Кирсанов — д-р хим. наук, профессор

Санкт-Петербург

 

Dmitry O. Kirsanov — Dr. Sci., Professor

St. Petersburg

d.kirsanov@gmail.comУниверситет ИТМОITMO UniversityНаучно-исследовательский институт медицинской приматологииResearch Institute of Medical PrimatologyСамарский государственный технический университетSamara State Technical UniversityСанкт-Петербургский государственный университетSt. Petersburg State University202326112024662148154Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/117

Цель исследования — разработка методики оценки минимального числа злокачественных клеток, распознаваемых по их спектрам диффузного отражения, полученным в ближней инфракрасной области (БИК) посредством компактной спектрометрической аппаратуры. В ходе исследования подготовлена культура клеток рака яичников для подкожного введения лабораторным мышам, для создания калибровочной шкалы приготовлены растворы с различной концентрацией таких клеток. Измерение БИК-спектров проводилось на живых лабораторных мышах (в заранее отмеченных точках) под анестезией до прокола и после введения клеточной культуры. Выявлены спектральные характеристики, чувствительные к изменению числа клеток в точке измерения (интенсивность пика, сдвиг базовой линии), и оценено минимальное надежно распознаваемое число клеток злокачественных опухолей по графику зависимости величины поглощения на длине волны 1200 нм от логарифма числа клеток в растворе.

The aim of the study was to develop a technique for assessing the minimum number of malignant cells recognizable by their diffuse reflectance spectra obtained in the near infrared region (NIR) using compact spectrometric equipment. In the course of the study, a culture of ovarian cancer cells was prepared for subcutaneous injection into la- boratory mice; solutions with various concentrations of such cells were prepared to create a calibration scale. Measure- ment of NIR spectra was carried out on live laboratory mice (at pre-marked points) under anesthesia before puncture and after the introduction of cell culture. Spectral characteristics that are sensitive to changes in the number of cells at the measurement point (peak intensity, baseline shift) have been identified, and the minimum reliably recognizable number of malignant tumor cells has been estimated from the graph of the dependence of the absorption value at a wavelength of 1200 nm on the logarithm of the number of cells in solution.

оптоволоконный зондоптическая спектроскопиязлокачественные клеткионкологияближняя инфракрасная областьfiber optic probeoptical spectroscopymalignant cellsoncologynear infrared regionИсследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента РФ №MK-2192.2021.4The study was supported by a grant from the President of the Russian Federation No. MK2192.2021.4ReferencesJaafar H. Intra-operative frozen section consultation: concepts, applications and limitations // The Malaysian Journal of Medical Sciences. 2006. Vol. 13, N 1. P. 4.Jaafar H. The Malaysian Journal of Medical Sciences, 2006, no. 1(13), pp. 4.Brown J. Q. et al. Optical assesssment of tumor resection margins in the breast // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2009. Vol. 16, N 3. P. 530—544.Brown J.Q. et al. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2009, no. 3(16), pp. 530–544.Kondepati V. R., Heise H. M., Backhaus J. Recent applications of near-infrared spectroscopy in cancer diagnosis and therapy // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2008. Vol. 390, N 1. P. 125—139.Kondepati V.R., Heise H.M., Backhaus J. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2008, no. 1(390), pp. 125–139.Oleneva E. et al. In vivo and in vitro application of near-infrared fiber optic probe for Ehrlich carcinoma distinction: Towards the development of real-time tumor margins assessment tool // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2019. Vol. 213. P. 12—18.Oleneva E. et al. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2019, vol. 213, рр. 12–18.Evers D. J. et al. Optical spectroscopy: current advances and future applications in cancer diagnostics and therapy // Future Oncology. 2012. Vol. 8, N 3. P. 307—320.Evers D.J. et al. Future Oncology, 2012, no. 3(8), pp. 307–320.Mackanos M. A., Contag C. H. Fiber-optic probes enable cancer detection with FTIR spectroscopy // Trends in Biotechnology. 2010. Vol. 28, N 6. P. 317—323.Mackanos M.A., Contag C.H. Trends in Biotechnology, 2010, no. 6(28), pp. 317–323.Canpolat M. et al. Intra-operative brain tumor detection using elastic light single-scattering spectroscopy: a feasibility study // Journal of Biomedical Optics. 2009. Vol. 14, N 5. P. 054021.Canpolat M. et al. Journal of Biomedical Optics, 2009, no. 5(14), pp. 054021.De Boer L. L. et al. Towards the use of diffuse reflectance spectroscopy for real-time in vivo detection of breast cancer during surgery // Journal of Translational Medicine. 2018. Vol. 16, N 1. P. 1—14.De Boer L.L. et al. Journal of Translational Medicine, 2018, no. 1(16), pp. 1–14.Amiri S. A. et al. Intraoperative tumor margin assessment using diffuse reflectance spectroscopy: the effect of electrosurgery on tissue discrimination using ex vivo animal tissue models // Biomedical Optics Express. 2020. Vol. 11, N 5. P. 2402—2415.Amiri S.A. et al. Biomedical Optics Express, 2020, no. 5(11), pp. 2402–2415.Bigio I. J. et al. Diagnosis of breast cancer using elastic-scattering spectroscopy: preliminary clinical results // Journal of Biomedical Optics. 2000. Vol. 5, N 2. P. 221—228.Bigio I.J. et al. Journal of Biomedical Optics, 2000, no. 2(5), pp. 221–228.Ollesch J. et al. Clinical application of infrared fibre-optic probes for the discrimination of colorectal cancer tissues and cancer grades // Vibrational Spectroscopy. 2017. Vol. 91. P. 99—110.Ollesch J. et al. Vibrational Spectroscopy, 2017, vol. 91, рр. 99–110.Shashni B. et al. Size-based differentiation of cancer and normal cells by a particle size analyzer assisted by a cellrecognition PC software // Biological and Pharmaceutical Bulletin. 2018. Vol. 41, N 4. P. 487—503.Shashni B. et al. Biological and Pharmaceutical Bulletin, 2018, no. 4(41), pp. 487–503.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.