ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group (ранее OSA) под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

УДК: 621.391.837.681.3]:[621, 681:723

Спектрофлуориметр для оценки метаболического состояния органов и тканей

Ссылка для цитирования:

Папаян Г.В., Галагудза М.М., Минасян С.М., Кишалов А.А., Журба В.М. Спектрофлуориметр для оценки метаболического состояния органов и тканей // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 12. С. 62–71.

 

Papayan G.V., Galagudza M.M., Minasyan S.M., Kishalov A.A., Zhurba V.M. Spectrofluorimeter for estimating the metabolic state of organs and tissues [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 12. P. 62–71.

Ссылка на англоязычную версию:

G. V. Papayan, M. M. Galagudza, S. M. Minasyan, A. A. Kishalov, and V. M. Zhurba, "Spectrofluorimeter for estimating the metabolic state of organs and tissues," Journal of Optical Technology. 84(12), 843-850 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000843

Аннотация:

Разработан спектрофлуориметр, измеряющий интенсивность собственной флуоресценции в областях эмиссии дыхательных коферментов никотинамидадениндинуклеотида (NADH) и флавинадениндинуклеотида (FAD) на длинах волн 465 нм и 515 нм при возбуждении 365 нм и 440 нм. В качестве основного показателя метаболического состояния биообъекта используется редокс-отношение NADH/FAD. Этот параметр благодаря разнонаправленности реакций NADH и FAD на окисление обладает более высокой чувствительностью к изменению состояния биоткани и меньше зависит от вариаций поглощения и рассеяния. Дополнительным параметром служит коэффициент диффузного отражения на 440 нм. Все параметры представляются нормированными относительно условий нормоксии. Обнаружен эффект возбуждения NADH длиной волны 440 нм. На примере исследования сердца крысы в условиях ex vivo и in vivo демонстрируется возможность обнаружения раннего повреждения миокарда при регионарной ишемии.

Ключевые слова:

флуоресцентная спектроскопия, флуоресцентная диагностика, автофлуоресценция, ишемия, редокс-отношение, NADН, FAD

Коды OCIS: 170.0170, 170.6280, 170.6510, 170.3880, 170.3880, 170.1610, 170.4580

Список источников:

1. Mayevsky A. Mitochondrial function in vivo evaluated by NADH fluorescence. Switzerland: Springer, 2015. 273 p.
2. Лукина М.М., Ширманова М.В., Сергеева Т.Ф., Загайнова Е.В. Метаболический имиджинг в исследовании онкологических процессов // Современные технологии в медицине. 2016. № 8(4). C. 113–121.
3. Chance B., Schoener B., Oshino R., Itshak F., Nakase Y. Oxidation-reduction ratio studies of mitochondria in freezetrapped samples. NADH and flavoprotein fluorescence signals // J. Biol. Chem. 1979. Is. 254 (11). P. 4764–4771.

4. Skala M.C., Riching K.M., Gendron-Fitzpatrick A., Eickhoff J., Eliceiri K.W., White J.G., Ramanujam N. In vivo multiphoton microscopy of NADH and FAD redox states, fluorescence lifetimes, and cellular morphology in precancerous epithelia // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. V. 104 (49). P. 19494–19499.
5. Skala M., Ramanujam N. Multiphoton redox ratio imaging for metabolic monitoring in vivo // Methods Mol. Biol. 2010. V. 594. P. 155–162.
6. Georgakoudi I., Quinn K.P. Optical imaging using endogenous contrast to assess metabolic state // Ann. Rev. Biomed. Eng. 2012. V. 14. P. 351–367.
7. He N. Xu, Rong Zhou, Lily Moon, Min Feng, Lin Z. Li. 3D imaging of the mitochondrial redox state of rat hearts under normal and fasting conditions // J. Innov. Opt. Health. Sci. 2014. V. 7(2). 1350045. P. 1–16.
8. Lin W.C., Toms S.A., Johnson M., Jansen E.D., Mahadevan-Jansen A. In vivo brain tumor demarcation using optical spectroscopy // Photochem. Photobiol. 2001. V. 73(4). P. 396–402.
9. Liu Q., Grant G., Li J., Zhang Y., Hu F., Li S., Wilson C., Chen K., Bigner D., Vo-Dinh T. Compact point-detection fluorescence spectroscopy system for quantifying intrinsic fluorescence redox ratio in brain cancer diagnostics // J. Biomed. Opt. 2011. V. 16(3). 037004. P. 1–11.
10. An J., Camara A.K.S., Rhodes S.S., Riess M.L., Stowe D.F. Warm ischemic preconditioning improves mitochondrial redox balance during and after mild hypothermic ischemia in guinea pig isolated hearts // American Journal of Physiology — Heart and Circulatory Physiology. 2005. V. 288. P. H2620–2627.
11. Ranji M., Motlagh M.M, Salehpour F., Sepehr R., Heisner J.S., Dash R.K., Camara A.K.S. Optical cryoimaging reveals a heterogeneous distribution of mitochondrial redox state in ex vivo guinea pig hearts and its alteration during ischemia and reperfusion // IEEE J. Transl. Eng. Health. Med. 2016. 4. 1800210. P. 1–10.
12. Dremin V.V., Zherebtsov E.A., Sidorov V.V., Krupatkin А.I., Makovik I.N., Zherebtsova A.I., Zharkikh E.V., Potapova E.V., Dunaev A.V., Doronin A.A., Bykov A.V., Rafailov I.E., Litvinova K.S., Sokolovski S.G., Rafailov E.U. Multimodal optical measurement for study of lower limb tissue viability in patients with diabetes mellitus // J. Biomed. Opt. 2017. 22 (8). 085003. P. 1–8.
13. Mayevsky A., Blum Y., Dekel N., Deutsch A., Halfon R., Kremer S., Pewzner E., Sherman E., Barnea O. The CritiView: a new fiber optic based optical device for the assessment of tissue vitality // Proc SPIE. 2006. V. 6083. P. 1–9.
14. Balu M., Mazhar A., Hayakawa C.K., Mittal R., Krasieva T.B., Konig K., Venugopalan V., Tromberg B.J. In vivo multiphoton NADH fluorescence reveals depth-dependent keratinocyte metabolism in human skin // Biophysical Journal. 2013. 104(1). P. 258–267
15. Kantelhardt S.R., Kalasauskas D., König K., Kim E., Weinigel M., Uchugonova A., Giese A. In vivo multiphoton tomography and fluorescence lifetime imaging of human brain tumor tissue // J. Neurooncol. 2016. 127(3). P. 473–482.
16. http://www.jenlab.de/
17. Kang Uk, Папаян Г.В., Березин B.Б., Bae Soo-Jin, Ким С.В., Петрищев Н.Н. Мультиспектральные флуоресцентные органоскопы для прижизненных исследований лабораторных животных и их органов // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 9. С. 82–89. (Kang Uk, Papayan G.V.,Berezin V.B., Bae Soo-Jin,. Kim S.V., Petrishchev N.N. Multispectral fluorescence organoscopes for in vivo studies of laboratory animals and their organs // J. Opt. Technol. 2011. V. 78 (9). Р. 623–628.
18. Колпакова М.Э., Нутфуллина Г.M., Папаян Г.В., Петрищев Н.Н. Изменение аутофлуоресцентной картины почки при кратковременной ишемии у крыс // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2009. № 1. С. 53–56.
19. Власов Т.Д., Корнюшин О.В., Папаян Г.В. Возможности аутофлуоресцентной органоскопии при ишемическом и реперфузионном повреждении тонкой кишки in vitro // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2009. № 2. С. 73–75.
20. Галагудза М.М., Власов Т.Д., Папаян Г.В., Белозерцева А.В., Усков И.С. Визуализация начальных проявлений ишемического повреждения сердца с помощью автофлуоресцентной спектроскопии // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2009. № 2. С. 76–77.
21. Loschenov V.B., Konov V.I., Prokhorov A.M. Photodynamic therapy and fluorescence diagnostics // Laser Physics. 2000. V. 10. № 6. P. 1188–1207.
22. Horvath K.A., Schomacker K.T., Lee C.C., Cohn L.H. Intraoperative myocardial ischemia detection with laser induced fluorescence // J. Thorac. Cardiovasс. Surg. 1994. V. 107. P. 220-225.
23. Popov A.Y., Salmin V.V., Fursov A.A., Stepanenko A.V., Sokolovich A.G., Salmina A.B., Rebenkova A.A., Makarov R.A., Provorov A.S. Automated laser spectrofluorimeter for monitoring of myocardial metabolism // Proceedings of SPIE. 2006. 6284: 62840J.
24. Kang Uk., Папаян Г.В., Березин B.Б., Петрищев Н.Н., Галагудза М.М. Спектрометр для флуоресцентно-отражательных биомедицинских исследований // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 1. С. 56-67. (Kang Uk, Papayan G.V., Berezin V.B., Petrishchev N.N., Galagudza M.M. Spectrometer for fluorescence-reflection biomedical research // J. Opt. Technol. 2013. V. 80 (1). Р. 40–48.

25. Папаян Г.В., Есаян А.М., Каюков И.Г., Петрищев Н.Н., Ямпольский М.А. Измерение конечных продуктов гликирования в коже при хронической болезни почек методом автофлуоресценцентной спектроскопии // Клиническая нефрология. 2014. № 6. С. 17–22.
26. Голубев Р.В., Папаян Г.В., Коростелева Н.Ю., Глазунова А.А., Петрищев Н.Н., Смирнов А.В. Исследование кожной автофлюоресценции с целью определения содержания конечных продуктов гликирования у больных, находящихся в хроническом гемодиализе // Терапевтический архив. 2016. 88 (6). С. 65–72.
27. Petrischev N.N., Papayan G.V., Grineva E.N., Trofimova E.A., Kang U. Evaluation of the fluorescent properties of the skin in the patients with diabetes mellitus of different age // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2010. V. 7. Suppl. 1. P. S15.
28. Папаян Г.В., Петрищев Н.Н., Галагудза М.М. Способ оценки функционального состояния организма человека путем измерения автофлуоресцентных свойств кожи // Патент РФ № 2547790. 2015.
29. Папаян Г.В., Журба В.М., Кишалов А.А., Галагудза М.М. Волоконный флуоресцентно-отражательный спектрометр с многоволновым возбуждением // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 1. С. 45–50. (Papayan G.V., Zhurba V.M., Kishalov A.A., Galagudza M.M. Fiber fluorescence-reflection spectrometer with multiwave excitation // J. Opt. Technol. 2014. V. 81 (1). P. 29–32.
30. Папаян Г.В., Журба В.М., Кишалов А.А., Галагудза М.М. Оптико-волоконная спектрометрическая система для проведения интраоперационных исследований // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 6. С. 43–47. (Papayan G.V., Zhurba V.M., KishalovA.A., Galagudza M.M. Optical-fiber spectrometer system for carrying out intraoperation studies // J. Opt. Technol. 2014. V. 81 (6). P. 334–337.)
31. Папаян Г.В., Галагудза М.М., Журба В.М., Кишалов А.А. Устройство для флуоресцентной спектроскопии биологической ткани // Патент РФ № 2539817. 2014.
32. Papayan G.V., Petrischev N.N., Galagudza M.M. Autofluorescence spectroscopy for NADH and flavoproteins redox state monitoring in the isolated rat heart subjected to ischemia-reperfusion // Photodiagnosis Photodyn. Ther. 2014. № 11. P. 400–408.
33. Chorvat D., Kirchnerova J., Cagalinec M., Smolka J., Mateasik A., Chorvatova A. Spectral unmixing of flavin autofluorescence components in cardiac myocytes // Biophys. J.: Biophys. Letters. 2005. V. 89(6). P. 55–57.
34. Минасян С.М., Галагудза М.М., Сонин Д.Л., Зверев Д.А., Королёв Д.В., Дмитриев Ю.В., Васильева М.С., Григорова Ю.Н., Власов Т.Д. Методика перфузии изолированного сердца крысы // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2009. Т. 8. № 4 (32). С. 54-59.