Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний



Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний

 


Владельцы патента RU 2542427:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) (RU)
Открытое акционерное общество "Институт оптико-электронных информационных технологий" (ОАО "ИОИТ") (RU)

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.
Наверх