EA029562B1 - Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний - Google Patents
Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний Download PDFInfo
- Publication number
- EA029562B1 EA029562B1 EA201500888A EA201500888A EA029562B1 EA 029562 B1 EA029562 B1 EA 029562B1 EA 201500888 A EA201500888 A EA 201500888A EA 201500888 A EA201500888 A EA 201500888A EA 029562 B1 EA029562 B1 EA 029562B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- diseases
- laser
- cancer
- urine
- diagnostics
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
- G01N33/493—Physical analysis of biological material of liquid biological material urine
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
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 и массового профилактического скрининга населения. Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний заключается в измерении частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния в надосадочном слое центрифугированного образца мочи пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии в полосе частот 1-10Гц, определении значения диагностического показателя путём вычисления среднеквадратичного отклонения измеренной частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния образца мочи пациента от эталонной и диагностировании заболевания по анализу положения значения диагностического показателя относительно допустимого интервала.
Description
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 и массового профилактического скрининга населения. Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний заключается в измерении частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния в надосадочном слое центрифугированного образца мочи пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии в полосе частот 1-106 Гц, определении значения диагностического показателя путём вычисления среднеквадратичного отклонения измеренной частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния образца мочи пациента от эталонной и диагностировании заболевания по анализу положения значения диагностического показателя относительно допустимого интервала.
029562
Изобретение относится к области нанотехнологий - исследовании 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 г. 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 путём исследования слабого водного раствора нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента методом ЛКС [патент КИ 2132635, 07.10.1999, А61В 5/00].
Известен способ диагностики онкологических заболеваний [патент КИ 2219549, 30.09.2002, Ο01Ν 33/52, Ο01Ν 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 КИ 2276786, 24.01.2005, Ο01Ν 33/48], включающий последовательное исследование методом ЛКС трёх слабых водных растворов нативной плазмы или нативной сыворотки крови пациента, при этом в один из растворов добавляют щёлочь, в другой - кислоту, а третий свободный от щёлочи 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 путём 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- 1 029562
временной флуктуации интенсивности светорассеяния в полосе частот 1-106 Гц.
На фиг. 1-9 представлены примеры графиков распределения размеров частиц в моче здорового человека и больных онкоурологическими заболеваниями, а также результаты анализа полученных экспериментальных данных. Фигуры подробно описаны в разделе "Обоснование промышленной применимости".
Предлагаемый способ позволяет оценить состояние организма путём прямого измерения распределения по размерам наноструктур в моче человека по результатам её лазерной корреляционной спектроскопии.
Способ осуществляют путём выполнения ряда последовательных операций:
1) центрифугируют исследуемый образец мочи обследуемого пациента не менее 15 мин 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 флуктуаций 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 высококвалифицированных 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 фиг. 1-4 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
- 2 029562
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. 6-9 представлены результаты корреляционного анализа.
На фиг. 6 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. 7-9 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. 7 показана 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. 8 показана корреляция между полушириной 2-го пика в распределении размеров частиц в моче человека и уровнем АСТ. Коэффициент корреляции Спирмена равен 0,313.
На фиг. 9 показана корреляция между положением 2-го пика в распределении размеров частиц в моче человека и уровнем глюкозы в крови. Коэффициент корреляции Спирмена равен 0,341.
Экспериментальные исследования подтвердили высокую точность заявляемого способа, а также возможность применения его для диагностики не только онкоурологических, но и более широкого спектра заболеваний.
Claims (1)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯНеинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний, заключающийся в измерении частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния в надосадочном слое центрифугированного образца мочи пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии в полосе частот 1-106 Гц, определении значения диагностического показателя путём вычисления среднеквадратичного отклонения измеренной частотно-временной флуктуации интенсивности светорассеяния образца мочи пациента от эталонной и диагностировании заболевания по анализу положения значения диагностического показателя относительно допустимого интервала.- 3 029562
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013111136/15A RU2542427C2 (ru) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний |
PCT/RU2014/000145 WO2014142710A1 (ru) | 2013-03-12 | 2014-03-05 | Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201500888A1 EA201500888A1 (ru) | 2016-03-31 |
EA029562B1 true EA029562B1 (ru) | 2018-04-30 |
Family
ID=51537183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201500888A EA029562B1 (ru) | 2013-03-12 | 2014-03-05 | Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA029562B1 (ru) |
RU (1) | RU2542427C2 (ru) |
WO (1) | WO2014142710A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2586274C1 (ru) * | 2014-12-08 | 2016-06-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ оценки эффективности профилактического скрининга у пациентов, относящихся к группам населения медико-демографического риска |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2132635C1 (ru) * | 1996-09-30 | 1999-07-10 | Алексеев Сергей Григорьевич | Способ диагностики онкологических заболеваний и устройство для его осуществления |
US20080026410A1 (en) * | 2004-12-02 | 2008-01-31 | Antonia Vlahou | Biomarkers for Bladder Cancer |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA14177U (en) * | 2005-09-09 | 2006-05-15 | Ukrainian Scient Res I Of Medi | Method for assessing renal homeostasis |
WO2011053247A1 (en) * | 2009-10-29 | 2011-05-05 | Agency For Science, Technology And Research | Method for the detection of an analyte by surface enhanced raman spectroscopy (sers) |
-
2013
- 2013-03-12 RU RU2013111136/15A patent/RU2542427C2/ru active
-
2014
- 2014-03-05 WO PCT/RU2014/000145 patent/WO2014142710A1/ru active Application Filing
- 2014-03-05 EA EA201500888A patent/EA029562B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2132635C1 (ru) * | 1996-09-30 | 1999-07-10 | Алексеев Сергей Григорьевич | Способ диагностики онкологических заболеваний и устройство для его осуществления |
US20080026410A1 (en) * | 2004-12-02 | 2008-01-31 | Antonia Vlahou | Biomarkers for Bladder Cancer |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПАПАЯН А.В. и др. Дифференциально-значимые сдвиги субфракционного состава мочи, определяемые методом лазерной корреляционной спектроскопии, в диагностике заболеваний почек у детей. Сообщение II. Нефрология, 2001, № 1, с. 74-81 (реферат) [он-лайн] [найдено 16.06.2014] Найдено в Интернет:<URL:http://www.fesmu.ru/elib/Article.aspx?id=58717> * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2542427C2 (ru) | 2015-02-20 |
RU2013111136A (ru) | 2014-09-20 |
WO2014142710A1 (ru) | 2014-09-18 |
EA201500888A1 (ru) | 2016-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
González-Solís et al. | Cervical cancer detection based on serum sample Raman spectroscopy | |
JP6990185B2 (ja) | 感染検出及び識別システム並びに方法 | |
Saha et al. | A simulation study on photoacoustic signals from red blood cells | |
EP2713878B1 (en) | Optical thromboelastography system and method for evaluation of blood coagulation metrics | |
Roman et al. | Raman spectral signatures of urinary extracellular vesicles from diabetic patients and hyperglycemic endothelial cells as potential biomarkers in diabetes | |
Baskurt et al. | Measurement of red blood cell aggregation in disposable capillary tubes | |
US20150185207A1 (en) | Quantifying Neutrophil Concentration in Blood | |
US11154226B2 (en) | Medical sensor having a nanoscale tapered waveguide for spectroscopy-based analysis of fluid | |
McMurdy et al. | Photonics‐based In Vivo total hemoglobin monitoring and clinical relevance | |
RU2542427C2 (ru) | Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний | |
Raypah et al. | Integration of near-infrared spectroscopy and aquaphotomics for discrimination of cultured cancerous cells using phenol red | |
US20230041135A1 (en) | Apparatus, Systems And Methods For In Vitro Screening Of Complex Biological Fluids | |
Ismail et al. | Near infrared spectroscopy (NIRS) applications in medical: non-invasive and invasive leukemia screening | |
RU2519151C1 (ru) | Способ дифферециальной диагностики новообразований головного мозга | |
Constantoyannis1ABCDEF et al. | Transcranial cerebral oximetry and transcranial doppler sonography in patients with ruptured cerebral aneurysms and delayed cerebral vasospasm | |
RU2257143C1 (ru) | Способ оценки эффективности восстановления вертикальной позы у больных со статодинамическими нарушениями | |
Pérez-Pacheco et al. | Dynamic modeling of photoacoustic sensor data to classify human blood samples | |
RU2476146C1 (ru) | Способ определения степени нарушения агрегатного состояния крови | |
GB2361533A (en) | Measuring the concentration of a solute in a solvent | |
US7389132B2 (en) | Mold-in method and apparatus | |
Martín-Mateos et al. | Fluorescence Spectroscopic Instrument for the Identification of Hyperglycemia | |
Fine et al. | A new non-invasive method for assessment of inflammation | |
UA79837C2 (en) | Method of the eczema and atopic dermatitis differential diagnostics by means of laser correlation blood spectroscopy | |
Yokoyama et al. | Proposal of estimation method for drug concentration in blood by Raman spectroscopy of tear fluids | |
WO2023145810A1 (ja) | 体液に含まれる成分の濃度を測定するシステムおよび方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KG TJ TM RU |