Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-5-736-743
УДК 537.86
ИЗУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЛИОБЛАСТОМЫ МОЗГА И АДЕНОКАРЦИНОМЫ ЛЕГКОГО ЧЕЛОВЕКА
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Григорьев Р.О., Ходзицкий М.К., Чжан Тяньмяо, Демченко П.С. Изучение оптических свойств и спектральных характеристик глиобластомы мозга и аденокарциномы легкого человека // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 5. С. 736–743. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-5-736-743
Аннотация
Предмет исследования. Проведен качественный анализ возможности использования метода импульсной терагерцовой спектроскопии в целях диагностики онкологических изменений клеток при помощи измерения их оптических свойств и спектральных характеристик. С этой целью проведено культивирование двух онкологических клеточных линий U-251 (глиобластома мозга) и A549 (аденокарцинома легкого), получены дисперсии их показателя преломления, коэффициента поглощения и диэлектрической проницаемости. Проведено сравнение оптических свойств опухолевых клеток с оптическими свойствами здоровых клеток соединительной ткани. Опухолевые клетки, по сравнению со здоровыми, содержат большее количество OH-соединений. Терагерцовое излучение характеризуется сильным поглощением водой, в результате чего спектры здоровых и онкологических клеток различаются. Метод. Для изучения оптических свойств и получения спектральных характеристик исследуемых объектов применен метод импульсной терагерцовой спектроскопии в режиме «на пропускание». Исследуемые клеточные линии культивировались invitro. Оптические свойства образцов рассчитывались с помощью метода тонких пленок, а спектральные характеристики определялись с помощью Фурье-преобразования. Основные результаты. Показаны различия между дисперсиями диэлектрических проницаемостей, показателей преломления и коэффициентов поглощения онкологических клеточных линий U-251, A549 и здоровых клеток соединительной ткани в частотном диапазоне 0,2–1 ТГц. Выявлено, что онкологические клетки имеют более высокие значения показателя преломления и коэффициента поглощения, чем здоровые клетки соединительной ткани. У глиобластомы мозга (U-251) обнаружен пик пропускания на частоте 0,24 ТГц. Практическая значимость. Полученные результаты могут лечь в основу метода интраоперационной диагностики рака мозга и легкого с помощью импульсной терагерцовой спектроскопии, а также быть полезны в иных исследованиях, например, в создании фантомов биотканей в терагерцовом диапазоне частот.
Ключевые слова: терагерцовая импульсная спектроскопия, диагностика онкологии, клеточные линии, метод тонких пленок, оптические свойства, спектральные характеристики, биофотоника
Список литературы
Список литературы
1. Каприн А.Д. и др. Злокачественные новообразования в России в 2016 году (заболеваемость и смертность). М.: МНИОИ им. П. А. Герцена,2018. 250 с.
2. Torre L.A., Bray F., Siegel R.L. et al. Global cancer statistics, 2012 // CA: A Cancer Journal for Clinicians. 2015. V. 65. N 2. P. 87–108. doi: 10.3322/caac.21262
3. Walker D., Bendel A., Stiller C. et al. Central nervous system tumors / In: Cancer in Adolescents and Young Adults. Springer, 2017. P. 335–381. doi: 10.1007/978-3-319-33679-4_14
4. Sherman J.H., Hoes K., Marcus J. et al. Neurosurgery for brain tumors: update on recent technical advances // Current Neurology and Neuroscience Reports. 2011. V. 11. N 3. P. 313–319. doi: 10.1007/s11910-011-0188-9
5. Потапов А.А., Гаврилов А.Г., Горяйнов С.А. Интраоперационная флуоресцентная диагностика и лазерная спектроскопия в хирургии глиальных опухолей головного мозга // Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2012. Т. 76. № 5. С. 3-12.
6. Unsgaard G., Ommedal S., Muller T. et al. Neuronavigation by intraoperative three-dimensional ultrasound: initial experience during brain tumor resection // Neurosurgery. 2002. V. 50. N 4. P. 804–812. doi: 10.1097/00006123-200204000-00022
7. Siegel P.H. Terahertz technology in biology and medicine // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2004. V. 52. N 10. P. 2438–2447. doi: 10.1109/TMTT.2004.835916
8. Xu X., Wu Y., He T. et al. Metamaterials-based terahertz sensor for quick diagnosis of early lung cancer // Chinese Optics Letters. 2017. V. 15. N 11. P. 111703. doi: 10.3788/COL201715.111703
9. Pickwell E., Fitzgerald A.J., Cole B.E. et al. Simulating the response of terahertz radiation to basal cell carcinoma using ex vivo spectroscopy measurements // Journal of Biomedical Optics. 2005. V. 10. N 6. Art. 064021. doi: 10.1117/1.2137667
10. Ashworth P.C., Pickwell-MacPherson E., Provenzano E. et al. Terahertz pulsed spectroscopy of freshly excised human breast cancer // Optics Express. 2009. V. 17. N 15. P. 12444–12454. doi: 10.1364/OE.17.012444
11. Goryachuk A., Simonova A., Khodzitsky M., Borovkova M., Khamid A. Gastrointestinal cancer diagnostics by terahertz time domain spectroscopy // Proc. IEEE Int. Symposium on Medical Measurements and Applications. Rochester, USA, 2017. P. 134–137. doi: 10.1109/MeMeA.2017.7985863
12. Oh S.J., Huh J.M., Kim S.H. et al. Terahertz pulse imaging of fresh brain tumor // Proc. 36th Int. Conf. on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves. Houston, USA, 2011. 2 p. doi: 10.1109/irmmw-THz.2011.6105230
13. Meng K., Chen T.N. et al. Terahertz pulsed spectroscopy of paraffin-embedded brain glioma // Journal of Biomedical Optics. 2014. V. 19. N 7. P. 077001. doi: 10.1117/1.JBO.19.7.077001
14. Enatsu T., Kitahara H., Takano K., Nagashima T.Terahertz spectroscopic imaging of paraffin-embedded liver cancer samples // Proc. 32nd Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, and 15th Int. Conf. on Terahertz Electronics, 2007. P. 557–558. doi: 10.1109/ICIMW.2007.4516627
15. Guseva V.A., Gusev S., Demchenko P., Sedykh E., Khodzitsky M. Optical properties of human nails in THz frequency range // Journal of Biomedical Photonics and Engineering. 2016. V. 2. N 4.Art. 040306.doi: 10.18287/jbpe16.02.040306
16. Reid C.B., Reese G., Gibson A.P., Wallace V.P. Terahertz time-domain spectroscopy of human blood // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2013. V. 3. N 4. P. 363–367. doi: 10.1109/TTHZ.2013.2267414
17. Png G.M., Choi J.W., Ng B.W. et al. The impact of hydration changes in fresh bio-tissue on THz spectroscopic measurements // Physics in Medicine and Biology. 2008. V. 53. N 13. P. 3501–3517. doi: 10.1088/0031-9155/53/13/007
18. Wesseling P., Kros J.M., Jeuken J.W.M. The pathological diagnosis of diffuse gliomas: towards a smart synthesis of microscopic and molecular information in a multidisciplinary context // Diagnostic Histopathology. 2011. V. 17. N 11. P. 486–494. doi: 10.1016/j.mpdhp.2011.08.005
19. Jnawali G., Rao Y., Yan H., Heinz T.F. Observation of a transient decrease in terahertz conductivity of single-layer graphene induced by ultrafast optical excitation // Nano Letters. 2013. V. 13. N 2. P. 524–530. doi: 10.1021/nl303988q
20. Fukuda H., Minami T., Kawase K. Tissue characterization by using phase information of terahertz time domain spectroscopy // Proc. SPIE. 2017. V. 10103. Art. 1010319. doi: 10.1117/12.2249659
21. He La Kyoto EGFP-EB3 growing [Электронный ресурс]. CLS. Режим доступа: http://clsgmbh.de/p1340_HeLa_Kyoto_EB3-EGFP_growing.html, свободный. Яз. англ. (датаобращения04.07.2018).
22. Chopra N. et al. Fibroblasts cell number density based human skin characterization at THz for in-body nanonetworks // Nano Communication Networks. 2016. V. 10. P. 60–67. doi: 10.1016/j.nancom.2016.07.009
23. Mittleman D.M., Nuss M.C., Colvin V.L. Terahertz spectroscopy of water in inverse micelles // Chemical Physics Letters. 1997. V. 275. N 3-4. P. 332–338. doi: 10.1016/S0009-2614(97)00760-4
24. Xu J., Plaxco K.W., Allen S.J. Collective dynamics of lysozyme in water: terahertz absorption spectroscopy and comparison with theory // The Journal of Physical Chemistry B. 2006. V. 110. N 47. P. 24255–24259. doi: 10.1021/jp064830w
25. Terahertz Biomedical Science and Technology / Ed. Son J.H. CRC Press, 2014. 337 p