КИНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИЗМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТКАНИ СЛИЗИСТОЙ ДЕСНЫ ПРИ ИММЕРСИИ В ГЛИЦЕРИНЕ: ИССЛЕДОВАНИЯ EX VIVO

DOI: https://doi.org/10.29296/24999490-2021-03-07

А.А. Селифонов(1, 2), В.В. Тучин(1, 3–5) 1-ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского», Российская Федеpация, 410012, Саратов, Астраханская ул., д. 83; 2-ФГБОУ ВО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского», Российская Федеpация, 410012, Саратов, Большая Казачья ул., д. 112; 3-Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН (ИНБИ РАН) ФГУ «Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии Российской академии наук», Российская Федерация, 119071, Москва, Ленинский проспект, д. 33, стр. 2; 4ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет», Российская Федерация, 634050, Томск, пр. Ленина, д. 36; 5ФГБУН «Институт проблем точной механики и управления Российской академии наук», Российская Федеpация, 410028, Саратов, Рабочая ул., д. 24 Е-mail: selif-ei@yandex.ru

Введение. Ротовая полость является началом пищеварительной системы человека и наличие в ней патологических изменений (сдвиг динамического равновесия, состава и видов микроорганизмов, населяющих ротовую полость; изменение цвета; появление болезненных ощущений, дискомфорта и др.) может свидетельствовать о патологических изменениях в других системах организма. Точность и безопасность неинвазивной диагностики на клеточном и субклеточных уровнях обеспечивается современными оптическими системами. Однако у оптического излучения имеется сложность в транспорте зондирующего излучения вглубь биологических тканей из-за значительного рассеяния излучения в видимом и ближнем инфракрасном (ИК) спектральных диапазонах. Увеличить проникновение излучения, возможно применяя метод иммерсионного просветления. Цель исследования. Оценить эффективность оптического просветления тканей прикрепленной десны свиньи, после полной иммерсии в 87,5% глицерине, а также определить его коэффициент диффузии и степень извилистости (пористости) ткани десны свиньи. Методы. Регистрация спектров диффузного отражения и полного пропускания проводили на спектрофотометре Shimadzu UV-2550 с интегрирующей сферой. Завершение процесса иммерсии оценивали по прекращению изменения спектров диффузного отражения. Для оценки кинетики процесса оптического просветления рассчитывали коэффициент диффузии глицерина в ткань десны, используя модель свободной диффузии. Эффективность «оптического просветления» оценивали, используя экспериментальные данные по спектрам полного пропускания. Результаты. В среднем значение эффективного коэффициента диффузии глицерина в ткани десны свиньи ex vivo составило (3,2±0,7)•10-6 см2/с. Извилистость (пористость) для слоя собственной пластины десны оценена как S≈3,4. Наибольшая эффективность просветления достигается на длине волны 200 нм и составляет 1860% при достаточно малых абсолютных значениях пропускания. Заключение. При иммерсии десны в 87,5% глицерине выявлено три динамических окна прозрачности в УФ-диапазоне спектра, что может быть использовано при разработке неинвазивных оптических методов диагностики и терапии и нуждается в дальнейшем изучении.

Список литературы: 
  1. Боровский Ф.В., Машкиллейсон А.Л. Хронический рецидивирующий афтозный стоматит. Заболевания слизистой оболочки полости рта и губ. М.: Медпресс, 2011; 235. [Borovskij F.V., Maškillejson А.L. Hroničeskij recidiviruûŝij aftoznyj stomatit. Zabolevaniâ slizistoj oboločki polosti rta i gub. M.: Medpress, 2011; 235 (in Russian)]
  2. Тучин В.В. Оптика биологических тканей. Методы рассеяния света в медицинской диагностике, 2-е издание. Физматлит; 2012; 811. [Tuchin V.V. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnostics. 3rd edition. Bellingham. WA: SPIE Press; 2015; 866].
  3. Shi L., Alfano R. R. Deep Imaging in Tissue and Biomedical Materials: Using Linear and Nonlinear Optical Methods, Taylor & Francis Group, Pan Stanford Publishing Pte. Ltd. Singapore. 2017; 230.
  4. Bolton F.J., Bernat A.S., Bar-Am K., Levitz D. Jacques S. Portable, low-cost multispectral imaging system: design, development, validation, and utilization. J. Biomed. Opt. 2018; 23 (12): 121612. https://doi.org/10.1117/1.JBO.23.12.121612.
  5. Valdes P., Jacobs V., Wilson B., Leblond F. System and methods for wide-field quantitative fluorescence imaging during neurosurgery. Opt. Lett. 2013; 38 (15): 2786–8. https://doi.org/10.1364/OL.38.002786.
  6. Skandarajah A., Sunny S.P., Gurpur P., Reber C.D., D’Ambrosio M.V., Raghavan N., James B. L., Ramanjinappa R.D., Suresh A., Kandasarma U., Birur P., Kumar V.V., Galmeanu H.C., Itu A.M., Modiga-Arsu M., Rausch S., Sramek M., Kollegal M., Paladini G., Kuriakose M., Ladic L., Koch F., Fletcher D. Mobile microscopy as a screening tool for oral cancer in India: A pilot study. PLoS One. 2017; 12 (11): e0188440.
  7. Patil A., Unnikrishnan V.K., Ongole R., Pai K.M., Kartha V.B., Chidangil S. Non-invasive in vivo screening of oral malignancy using laser-induced fluorescence based system. Sovremennye tehnologii v medicine. 2018; 10 (1): 15–26. https://doi.org/10.17691/stm2018.10.1.02.
  8. Shkarednaya O.V., Goryacheva T.P., Chunikhin A.A., Bazikyan E.A., Gazhva S.I. Optimizing the Early Diagnosis of Oral Mucosal Pathologies CTM. 2017; 9 (3): 119–24. https://doi.org/10.17691/stm2017.9.3.16.
  9. Булгакова Н.Н., Волков Е.А., Позднякова Т.И. Аутофлюоресцентная стоматоскопия как метод онкоскрининга заболеваний слизистой оболочки рта. Российский стоматологический журнал. 2015; 19 (1): 27–30. [Bulgakova N.N., Volkov E.A., Pozdnyakova T.I. Аutofluorescent somatoscope as a method of oncoscience diseases of the oral mucosa. Rossiyskiy stomatologicheskiy zhurnal. 2015; 19 (1): 27–30 (in Russian)]
  10. Baumann B. Polarization sensitive optical coherence tomography: a review of technology and applications. Appl. Sci. 2017; 7: 47–54. https://doi.org/10.3390/app7050474.
  11. Le N. M., Song Sh., Zhou H., Xu J., Li Y., Sung Ch., Sadr A., Chung K.-H., Subhash H.M., Kilpatrick L., Wang R.K. A noninvasive imaging and measurement using optical coherence tomography angiography for the assessment of gingiva: An in vivo study. J. Biophotonics. 2018; 11: e201800242. https://doi.org/10.1002/jbio.201800242.
  12. Wang J., Zheng W., Lin K., Huang Zh. Development of a hybrid Raman spectroscopy and optical coherence tomography technique for real-time in vivo tissue measurements. Opt. Lett. 2016; 41 (13): 3045–8. https://doi.org/10.1364/OL.41.003045.
  13. Kang H., Darling C. L., Fried D. Use of an optical clearing agent to enhance the visibility of subsurface structures and lesions from tooth occlusal surfaces. J. Biomed. Opt. 2016; 21 (8): 081206. https://doi.org/10.1117/1.JBO.21.8.081206.
  14. Oliveira L.M.C., Tuchin V.V. The Optical Clearing Method – A New Tool for Clinical Practice and biomedical Engineering, Cham, Switzerland: Springer, 2019; 456.
  15. Дьяконов И.А. Глицерин. Химическая энциклопедия: в 5 т. М.: Советская энциклопедия, 1988; (1): 585–623. [D’âkonov I. А. Glicerin. Himičeskaâ ènciklopediâ: v 5 t. M.: Sovetskaâ ènciklopediâ, 1988; (1): 585–623 (in Russian)]
  16. Selifonov A.A., Tuchin V.V. Determination of the kinetic parameters of glycerol diffusion in the gingival and dentinal tissue of a human tooth using optical method: in vitro studies. Optical and Quant. Electr. 2020; 52: 123-1-10. https://doi.org/10.1134/S0006350918060222.
  17. Li K., Yang Z., Liang W., Shang J., Liang Y., Wan S. Low-cost, ultracompact handheld optical coherence tomography probe for in vivo oral maxillofacial tissue imaging. J. Biomed. Opt. 2020; 25 (4): 046003-1-13. https://doi.org/10.1117/1.JBO.25.4.046003.
  18. Genina E.A., Bashkatov A.N., Tuchin V.V. Optical clearing of human dura mater by glucose solutions. JBPE. 2017; 3 (1): 010309. https://doi.org/10.18287/JBPE17.03.010309.
  19. Schwindt D.A., Wilhelm K.P., Maibach H. I. Water diffusion characteristics of human stratum corneum at different anatomical sites in vivo. J. Invest. Dermatol. 1998; 111 (3): 385–9. https://doi.org/10.1046/j.1523-1747.1998.00321.x.
  20. Mériaux S., Conti A., Larrat B. Assessing Diffusion in the Extra-Cellular Space of Brain Tissue by Dynamic MRI Mapping of Contrast Agent Concentrations. Front. Phys. 2018; 6: 38-1-8. https://doi.org/10.3389/fphy.2018.00038.