Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике, и может быть использовано для неинвазивной лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний. Для этого проводят исследование биологической жидкости пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии, определяют диагностический показатель и диагностируют заболевание по значению диагностического показателя. При этом в качестве биологической жидкости используют мочу пациента, а диагностический показатель пациента вычисляют как среднеквадратичное отклонение от эталонной частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-106 Гц. Изобретение обеспечивает раннюю неинвазивную диагностику онкологических заболеваний, особенно онкоурологических. 15 ил.

 

Изобретение относится к области нанотехнологий - исследований наноструктур в биологических жидкостях с помощью оптических средств и может быть использовано в медицине для диагностики онкологических и иных заболеваний, особенно на ранних стадиях, а также для оценки эффективности проводимого лечения. Изобретение может быть использовано для решения задачи массового профилактического скрининга населения.

В клинической практике широко используется метод диагностики заболеваний по анализу скорости осаждения эритроцитов (СОЭ) в плазме крови, предложенный Т.П. Панченковым еще в 1924 году. К настоящему времени наработана богатейшая статистика использования данных СОЭ при диагностике различных, в том числе, онкоурологических заболеваний. Высокая чувствительность метода СОЭ основана на изменении пространственной структуры белков в плазме крови при различных заболеваниях. При этом изменяется эффективная гидродинамическая вязкость плазмы крови, которая визуализируется смещением границы столбика осаждающихся эритроцитов в стеклянном капилляре. Оценка величины СОЭ производится замером смещения границы эритроцитарной массы за заданный интервал времени, составляющий, как правило, один час. Существующий метод измерения СОЭ является косвенным: информация о заболевании содержится в гидродинамическом размере белковых структур плазмы крови, а измеряется высота столба осажденной эритроцитарной массы.

Сущность предлагаемого неинвазивного способа лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний заключается в использовании прямой аналогии между структурными комплексами в плазме крови и в моче человека. Состояние организма оценивается на основе нанодиагностики путем прямого измерения гидродинамических размеров белковых наноструктур в моче по результатам ее лазерной корреляционной спектроскопии. Одним из важнейших преимуществ заявляемого способа является возможность использования всех накопленных за длительный период медицинских знаний об изменениях СОЭ при различных, в том числе, уроонкологических заболеваниях.

Метод лазерной корреляционной спектроскопии (ЛКС) позволяет строить распределения по размерам взвешенных в жидкости наночастиц в диапазоне от 1 нм до 10 мкм. В жидкости частицы находятся в процессе броуновского движения, их диффузия и скорость обратно пропорциональны размерам. Для определения коэффициента диффузии производится анализ характерной частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния в заданном угловом спектре и решается соответствующая обратная задача.

Для диагностики онкологических заболеваний известны способы исследования растворов плазмы крови пациента методом ЛКС, позволяющие оценивать пространственно-структурные изменения молекулярных комплексов в плазме крови и на основе полученных данных диагностировать онкологическое заболевание, либо высокую вероятность его возникновения.

Известен способ диагностики онкологических заболеваний путем исследования слабого водного раствора нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента методом ЛКС [патент RU 2132635, 07.10.1999, А61В 5/00].

Известен способ диагностики онкологических заболеваний [патент RU2219549, 30.09.2002, G01N 33/52, G01N 33/49], включающий исследование методом ЛКС двух слабых водных растворов нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента, в один из которых добавляют щелочь, а в другой - кислоту.

Известен способ диагностики онкологических заболеваний [патент RU2276786, 24.01.2005, G01N 33/48], включающий последовательное исследование методом ЛКС трех слабых водных растворов нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента, при этом в один из растворов добавляют щелочь, в другой - кислоту, а третий свободный от щелочи и кислоты подвергают СВЧ-воздействию.

Известные способы диагностики онкологических заболеваний с использованием ЛКС направлены на повышение эффективности диагностики.

Общим недостатком упомянутых способов является их инвазивность и, следовательно, связанная с ней травматичность и болезненность процедуры забора биологического материала - крови, необходимость использования труда квалифицированных медработников, соблюдения мер безопасности для обеспечения профилактики ВИЧ-инфекции, вирусного гепатита и других инфекционных заболеваний, а также сложность в подготовке материала к исследованию, что делает известные способы непригодными для скрининга и массового обследования населения.

Задачей настоящего изобретения является создание неинвазивного способа нанодиагностики онкологических заболеваний.

Поставленная задача решается путем использования материала, не использовавшегося ранее для диагностики онкозаболеваний способом лазерной корреляционной спектроскопии и не требующего специальной подготовки процедур нанодиагностики.

Новый неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний заключается в исследовании биологической жидкости пациента методом ЛКС, определении диагностического показателя и диагностировании заболевания по значению диагностического показателя и отличается тем, что в качестве биологической жидкости используют фильтрованную мочу пациента, а в качестве диагностического показателя пациента используют среднеквадратичное отклонение от эталонной частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-106 Гц.

На фигурах представлены примеры распределения размеров частиц в моче здорового человека и больных онкоурологическими и рядом других заболеваний, а также результаты анализа полученных экспериментальных данных. Фигуры подробно описаны в разделе «Обоснование промышленной применимости».

Предлагаемый способ позволяет оценить состояние организма путем прямого измерения распределения по размерам наноструктур в моче человека по результатам ее лазерной корреляционной спектроскопии.

Способ осуществляют путем выполнения ряда последовательных операций:

1) центрифугируют исследуемый образец мочи обследуемого пациента не менее 15 минут со скоростью 2000-3000 об/мин (центрифугирование применяется во всех известных способах диагностики онкозаболеваний с помощью лазерной корреляционной спектроскопии для подготовки биологического материала к исследованию);

2) получают надосадочный слой центрифугированного образца мочи и помещают его в пробирку для дальнейших исследований;

3) измеряют флуктуации интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-106 Гц в исследуемом образце мочи методом ЛКС;

4) определяют значения диагностического показателя, вычисляя среднеквадратичное отклонение частотно-временных флуктуации интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-106 Гц пациента от эталонной частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния в той же полосе частот, причем эталонную флуктуацию интенсивности светорассеяния определяет данный параметр у заведомо здоровых пациентов;

5) сравнивают диагностический показатель с принятым за норму у обследованных данным методом пациентов показателем, причем нормальный показатель получают по экспериментальной статистически представительной базе данных, содержащей диагностические показатели как клинических верифицированных онкологических больных, так и неонкологических больных, а также практически здоровых;

6) определяют наличие или высокую вероятность возникновения онкологического либо иного заболевания по факту выхода полученных значений диагностического показателя за пределы допустимого интервала значений, принятого за норму.

Способ осуществляют с использованием любых приборов, которые реализуют метод лазерной корреляционной спектроскопии, либо лазерной доплеровской спектроскопии, которые позволяют измерять распределение по размерам наночастиц и наноструктур в жидкости.

Предлагаемый способ диагностики онкологических заболеваний не предусматривает специальной подготовки материала к исследованию, не требует использования труда высококвалифицированного медицинского персонала. При его использовании нет необходимости соблюдения мер повышенной безопасности по обеспечению профилактики ВИЧ-инфекции, вирусного гепатита и других инфекционных заболеваний.

Предлагаемый способ диагностики является неинвазивным и может широко использоваться с целью профилактического скрининга населения, не только взрослых, но и детей (формирования групп повышенного онкориска с последующим мониторингом).

Обоснование промышленной применимости.

В ходе мультидисциплинарных поисковых работ по физической жидкостной нанодиагностике специалистами ИТ СО РАН и ОАО «ИОИТ» совместно с онкоурологическим отделением Муниципальной клинической больницы №1 г. Новосибирска был проведен комплекс предварительных лабораторных исследований по заявляемому неинвазивному способу лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний.

Методы ЛКС и лазерной доплеровской спектроскопии наночастиц в биологической жидкости реализованы в известных лазерных доплеровских спектрометрах ЛАД-075/079, разработанных и созданных авторами, которые использовались при проведении экспериментальных исследований.

Была накоплена представительная и доказательная статистика распределения размеров наночастиц в моче здоровых доноров и больных онкоурологическими заболеваниями. Получены предварительные данные корреляций пространственных характеристик наноструктур в моче и поставленных врачами диагнозов. Показана перспективность предложенного подхода для целей ранней диагностики онкоурологических заболеваний.

На чертежах представлены примеры графиков распределения наночастиц (белков) в моче здорового человека и больных онкоурологическими заболеваниями.

На фиг.1 показано распределение наночастиц в моче здорового человека.

На фиг.2 показано распределение наночастиц в моче больного раком почки. Видно наличие более широкого разброса пиков. Есть объекты в районе 2 мкм и нанообъекты с размерами 20-40 нм.

На фиг.3 показано распределение частиц в моче больного раком простаты. Есть нанообъекты размером 20-40 нм.

На фиг.4 показано распределение частиц в моче больного раком мочевого пузыря. Присутствуют объекты в районе 2 мкм и нанообъекты размером 20-40 нм.

На фиг.5 показана набранная статистика распределения наночастиц в моче здоровых доноров и больных онкоурологическими заболеваниями.

Ошибка первого рода предложенного способа нанодиагностики онкологических заболеваний составила 3,8%, что ниже допустимого уровня значимости, составляющего величину, равную 5%. Чувствительность способа по данным экспериментов составила 83%, что является очень хорошим показателем для способа скрининга.

На базе АНО «Центр новых медицинских технологий в Академгородке» Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (г. Новосибирск, руководитель академик РАН В.В. Власов) накоплена представительная статистика распределений наночастиц в моче с параллельным биохимическим анализом 163 доноров. Выполнен корреляционный анализ всего массива полученных экспериментальных данных. Доказана работоспособность заявляемого способа и его перспективность. Отмечена возможность применения заявляемого способа лазерной нанодиагностики по анализу распределения наночастиц в моче человека к широкому спектру заболеваний.

На фиг. 6-11 представлены примеры распределения наночастиц в моче больных другими онкозаболеваниями.

На фиг. 6 показано распределение частиц в моче больного раком легкого. Присутствуют нанообъекты в широком диапазоне от 10 до 100 нм.

На фиг. 7 показано распределение частиц в моче больного раком желудка. Широкий разброс наночастиц с ярко выраженными пиками на 25 нм и 110 нм. Есть объекты в районе 2 мкм.

На фиг. 8 показано распределение частиц в моче больного раком шейки матки. Нанообъекты от 10 до 100 нм, пики на 15 и 90 нм.

На фиг. 9 показано распределение частиц в моче больного раком молочной железы. Есть нанообъекты размером 20-40 нм, а также от 700 до 1000 нм.

На фиг. 10 показано распределение частиц в моче больного раком щитовидной железы. Есть нанообъекты с размерами 10-200 нм.

На фиг. 11 показано распределение частиц в моче больного раком головного мозга. Широкий разброс частиц с размерами от 10 нм до 2 мкм с множественными пиками.

На фиг. 12÷15 представлены результаты корреляционного анализа.

На фиг. 12 показана корреляция между положением 2-го пика в распределении размеров частиц в моче человека и его возрастом. Коэффициент корреляции Спирмена равен 0,222. Видно, что распределение наночастиц по размерам в моче человека зависит от возраста.

На фиг. 13÷15 отображены зависимости параметров распределения размеров частиц в моче человека и некоторых параметров биохимических анализов. Полученные зависимости свидетельствуют о возможности применения способа лазерной корреляционной спектроскопии для диагностики не только онкоурологических заболеваний, но и более широкого спектра заболеваний.

На фиг. 13 показано корреляция между положением 2-го пика в распределении размеров частиц в моче человека и уровнем мочевины в крови. Коэффициент корреляции Спирмена равен 0,549.

На фиг. 14 показано корреляция между полушириной 2-го пика в распределении размеров частиц в моче человека и уровнем ACT. Коэффициент корреляции Спирмена равен 0,313.

На фиг. 15 показано корреляция между положением 2-го пика в распределении размеров частиц в моче человека и уровнем глюкозы в крови. Коэффициент корреляции Спирмена равен 0,341.

Предлагаемый способ обладает рядом принципиальных преимуществ для практики, так как безопасность, простота, удобство, малые затраты на реализацию позволяют использовать его при профилактических массовых обследованиях населения, а также в условиях взрослых и детских клиник.

Экспериментальные исследования подтвердили высокую точность способа, а также возможность применения его для диагностики не только онкоурологических, но и более широкого спектра заболеваний.

Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний, заключающийся в исследовании биологической жидкости пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии, определении диагностического показателя и диагностировании заболевания по значению диагностического показателя, отличающийся тем, что в качестве биологической жидкости используют мочу пациента, а диагностический показатель пациента вычисляют как среднеквадратичное отклонение от эталонной частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-106 Гц.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицине. Система для введения медикаментов пациенту содержит подающее устройство для ввода жидких медикаментов и/или питательных веществ пациенту; первое измерительное устройство для измерения показателей мочи пациента; первое аналитическое устройство для анализа измеренных показателей мочи и первое вычислительное устройство для вычисления первых параметров медикаментов, предназначенных для ввода соответствующему пациенту на основании проанализированных измеренных показателей мочи.
Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии, и может быть использовано для ранней диагностики развития аллергической сенсибилизации у детей грудного возраста.

Изобретение относится к области диагностики и может быть использовано для прогнозирования и анализа болезней, связанных с мочеиспусканием. Прибор количественного и качественного анализа жидкости организма содержит: корпус, в котором размещены коллектор для сбора жидкости организма пациента, контейнер промывочной воды, приводной блок для перекачки жидкости организма (мочи) из коллектора жидкости организма в контейнер мочи и для отвода промывочной воды из контейнера промывочной воды в коллектор жидкости организма, и блок управления для управления операциями приводного блока; измерительный блок для измерения количества и состава жидкости организма, собранной в коллектор жидкости организма; блок вывода для вывода значений измерений, полученных измерительным блоком, причем измерительный блок и блок вывода вмонтированы в корпус прибора.

Изобретение относится к области микробиологии и молекулярной генетики и касается рекомбинантного полипептида А2, ДНК, его колирующей, штамма продуцирующего полипептид А2 и способов использования такого рекомбинантного полипептида.
Изобретение относится к области медицины, в частности к области авиационной, космической и морской медицины, может быть использовано в практике водолазной медицины для оценки калийуретической функции почек человека в условиях воздействия повышенного давления газовой среды, путем оценки клинических данных.

Изобретение относится к токсикологической и аналитической химии, а именно к способу извлечения азатиоприна из биологических жидкостей, заключающийся в том, что анализируемую пробу обрабатывают осаждающим белки реагентом, в качестве которого используется ацетон, извлечение отделяют от выпавшего осадка путем фильтрования, ацетон из фильтрата испаряют в токе воздуха при комнатной температуре, водный остаток разбавляют водой, образующийся раствор обрабатывают сульфатом аммония, экстрагируют 0,9 моль/дм3 раствором диметилфталата в смеси 1,4-диоксан-хлороформ, взятых в объемном отношении 1:1 при соотношении водной и органической фаз 5:1 по объему, органический экстрагент отделяют, а количество перешедшего в экстракт анализируемого соединения определяют по величине оптической плотности экстракта, разбавленного в 10 раз 1,4-диоксаном, проводя измерения при длине волны 279 нм.

Изобретение относится к медицине, а именно к биохимическим исследованиям в онкологии, и описывает способ прогнозирования возникновения рецидивов рака шейки матки, включающий биохимическое исследование суточной мочи больной, при котором в суточной моче определяют андростерон и этиохоланолон, вычисляют отношение между ними и при величине отношения 0,75 мг/сут и ниже прогнозируют рецидив болезни в первые 2 года, а при величине, превышающей 0,75 мг/сут, - длительный безрецидивный период до 10 лет и более.
Изобретение относится к медицине и предназначено для определения тактики лечения детей, больных гастроэзофагеальной рефлюксной болезнью. .
Изобретение относится к медицине, а именно - к диагностике в хирургии. .

Изобретение относится к области аналитической химии и клинической диагностики. .

Изобретение относится к области измерения оптических характеристик материалов, определяющих световые потери в них, связанные как с поглощением, так и рассеянием. Способ состоит в том, что измерения коэффициента пропускания света производят для двух образцов с различной толщиной, изготовленных из одного и того же исследуемого материала.

Группа изобретений относится к коневодству и может быть использовано для определения блеска лошади. Для этого используют устройство включающее, по меньшей мере, а) монохроматический или интегральный излучатель, кремниевый фотоприемник с синей чувствительностью в 0,45 микрон (0,12 А/Вт), зелёной чувствительностью в 0,55 микрон (0,23 - 0,3 А/Вт), красной чувствительностью 0,65 микрон (0,4 А/Вт) и возможностью регулировки угла падения или отражения светового сигнала, б) элемент питания, в) индикатор напряжения, снимаемого с фотоприемника, или шкалу пересчета принятого на фотоприемник светового сигнала, г) корпус.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для диагностики опухолевых заболеваний. Устройство для определения концентрации гемоглобина и степени оксигенации крови в слизистых оболочках включает источник излучения, выполненный из набора излучателей на разных длинах волн или на основе широкополосного излучателя, освещающее оптическое волокно, эластичный зонд, блок регистрации изображения в виде ПЗС-матрицы с установленной перед ней собирающей линзой и блок обработки изображения.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к оптическим исследовательским устройствам. Устройство выполнено с возможностью, по меньшей мере, частичного помещения в мутную среду и содержит участок ствола, выполненный с возможностью помещения в мутную среду, содержащий участок наконечника, в котором, по меньшей мере, одно устройство источника света выполнено с возможностью излучения пучка широкополосного света, причем пучок широкополосного света содержит различные полосы длин волн, которые модулируются по-разному, и, по меньшей мере, один фотодетектор для обнаружения широкополосного света в области, выполненной с возможностью помещения в мутную среду участка ствола.

Изобретение относится к области оптической диагностики физических сред и может быть использовано в приборах, предназначенных для измерения распределения концентрации и размеров микро- и наночастиц в жидкостях и газах.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам оптического детектирования суставов. Устройство содержит измерительный блок для облучения светом части тела субъекта и одновременно локального детектирования ослаблений света, при этом частота выборки для локального детектирования является более высокой, чем частота сокращений сердца субъекта.

Группа изобретений относится к области медицинского приборостроения. На кожу и калибровочный образец посылают световое излучение не менее чем в Nλ≥3 узких или широких спектральных участках Λk (k=1,…,N).

Изобретение относится к области оптических исследований содержимого мутных сред. Способ содержит этапы, на которых обеспечивают широкополосный свет, пространственно выделяют множество полос длин волн, содержащихся в широкополосном свете, отдельно модулируют множество полос длин волн, повторно объединяют множество модулированных полос длин волн в пучок спектрально кодированного широкополосного света.

Изобретение относится к области исследования двухфазных газодинамических потоков, в частности к технике определения параметров твердой или жидкой фазы потока оптическими средствами, и может быть использовано для измерения распределения частиц по размерам бесконтактным методом, а также таких параметров, как оптическая плотность, показатель ослабления света двухфазной струей.

Изобретение относится к формированию изображения с использованием оптической когерентной томографии в Фурье-области. Устройство содержит первый переключающий блок 17, осуществляющий переключение между первым состоянием, в котором обратный луч 12 объединяется с опорным лучом (состояние, в котором обратный луч 12 проводится к объединяющему блоку 22), и вторым состоянием, отличающимся от первого состояния (состоянием, в котором путь луча для обратного луча 12 блокируется или изменяется).

Изобретение относится к области фармации и медицины и касается конъюгата наноалмаза с пирофосфатазой для доставки пирофосфатазы в организм и способа его получения.

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике, и может быть использовано для неинвазивной лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний. Для этого проводят исследование биологической жидкости пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии, определяют диагностический показатель и диагностируют заболевание по значению диагностического показателя. При этомв качестве биологической жидкости используют мочу пациента, а диагностический показатель пациента вычисляют как среднеквадратичное отклонение от эталонной частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-106 Гц. Изобретение обеспечивает раннюю неинвазивную диагностику онкологических заболеваний, особенно онкоурологических. 15 ил.

Наверх