Исследователи из Института прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН совместно с коллегами из Института фотонных технологий РАН предложили новый вариант оптической когерентной эластографии с использованием осмотически индуцированных деформаций (OИД-OКЭ). Это альтернатива традиционному методу оптической когерентной эластографии, в котором для выявления различий упругих свойств биотканей используется их механическая компрессия.

Такое воздействие не всегда можно реализовать. В подобных ситуациях новый метод поможет достаточно просто, оперативно и безопасно диагностировать состояние биотканей.

Оптическая когерентная эластография (ОКЭ) – один из методов визуализации упругих свой биологических тканей, начиная с масштабов несколько десятков микрон, на которых уже можно считать, что группа клеток формирует определенный тип ткани. Метод ОКЭ основан на анализе изображений оптической когерентной томографии (ОКТ), получаемых при деформировании биоткани.

При ОКЭ-диагностике с помощью оптической когерентной томографии визуализируют вспомогательные деформации в исследуемой биологической ткани. Какими они будут определяет подход ОКЭ. Например, в волновом подходе используются сдвиговые или поверхностные упругие волны. В так называемом компрессионном варианте оптической когерентной эластографии вспомогательный стимул – это давление на ткань поверхностью самого ОКТ-зонда.

Однако зачастую воздействовать на образец становится проблематично. Ситуацию также усложняет неидеально плоская поверхность биологических тканей, которая становится причиной неоднородности воздействия на образец. При стандартных подходах ОКЭ необходимы вспомогательные технические средства для создания и контроля параметров стимулов. Все это значительно усложняет диагностику.

Предложенный новый вариант ОИД-ОКЭ в значительной степени решает отмеченные выше проблемы. В этом варианте используется осмотический агент (например, раствор глицерина, с определенной концентрацией), который наносят на поверхность образца, вызывая его деформацию.

В качестве исследуемого материала для демонстрации возможностей нового метода были использованы образцы свиного реберного хряща. Для хрящевых тканей важной является проблема обнаружения патологических изменений, связанных с деградацией содержания протеогликанов.

В проведенном исследовании такая деградация была смоделирована обработкой хрящевых образцов специальным ферментом – трипсином. Этот фермент расщепляет основные белки протеогликанов – макромолекул, ответственных за поддержание свойств межклеточного вещества. Благодаря такой обработке различной длительности были смоделированы различные стадии естественного разрушения хрящевой ткани. На подготовленные образцы реберных хрящей наносился осмотически активный раствор (в данном случае использовали 30-процентный водный раствор глицерина). Возникающие при этом осмотические деформации были визуализированы с помощью спектрального ОКТ-прибора, разработанного и изготовленного в ИПФ РАН.

По сравнению с обычными структурными ОКТ изображениями, эластографические данные, полученные разработанным в ИПФ РАН оригинальным методом, оказались намного более информативными.

На обычных структурных ОКТ-изображениях поврежденные ткани практически не отличались от контрольных образцов. А эластографический анализ осмотически-индуцированных деформаций позволил выявить явные различия между контрольной и экспериментальной группами, а также и различия между степенями повреждения в экспериментальной группе образцов.

Разработанный новый вариант ОКТ-эластографии может быть использован не только для хрящей, но и других типов тканей для экспресс-оценки их состояния. Это позволяет дополнить или даже заменить значительно более сложное и долгое стандартное гистологическое исследование. В частности, такой метод дает возможность быстрее исследовать хрящевые ткани, используемые для имплантирования, позволяя уменьшить длительность операций и количество хирургических вмешательств в целом.

Результаты исследования, проведенного при поддержке гранта Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Biophotonics.