Preview

Альманах клинической медицины

Расширенный поиск

Оценка нелинейной динамики поврежденности клеточных структур как перспективный метод персонализированной онкодиагностики

https://doi.org/10.18786/2072-0505-201846-8-742-747

Полный текст:

Аннотация

Актуальность. Модуляционная интерференционная микроскопия – одна из перспективных технологий для проведения ранней персонализированной диагностики онкологических заболеваний, поскольку позволяет в режиме реального времени получать изображение живых функционирующих клеток с нанометровым разрешением, а также проводить оценку пространственно-временной динамики их субклеточных структур.

Цель – выявить маркеры злокачественной трансформации клеток на основе многомасштабного пространственно-временного анализа данных лазерной интерферометрии in situ регистрации динамики субклеточных структур.

Материал и методы. Материалом служили клеточные линии аденокарциномы молочной железы MCF-7 и эпителиальных клеток почки человека HEK 293, предоставленные ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России (Москва). Измерения динамики флуктуаций фазовой толщины живых клеток проводили с помощью лазерного модуляционного интерференционного микроскопа MIM-340 (АО «ПО «УОМЗ», Россия). Для оценки полученных данных использовали алгоритм мультифрактального анализа флуктуаций с исключенным трендом (MF-DFA).

Результаты. При сравнении спектров скейлинговых экспонент и соответствующих им спектров сингулярностей флуктуаций минимального и максимального диаметров фазовых изображений эпителиальных клеток почки культуры HEK 293 и клеток аденокарциномы молочной железы культуры MCF-7 установлено, что динамика раковых клеток обладает ярко выраженными свойствами монофрактала: линейная зависимость скейлинговых экспонент τ от действительного параметра q и «точечный» спектр сингулярностей (ширина спектра не превышает значения 0,1). Динамика нормальных клеток демонстрирует мультифрактальные свойства: нелинейная зависимость τ(q) и колоколообразный спектр сингулярностей (ширина спектра больше значения 0,1).

Заключение. Предложен новый подход к оценке поврежденности субклеточных структур в процессе онкогенеза на основе анализа динамики флуктуаций фазовой толщины живых клеток в реальном времени. Объективными критериями злокачественного перерождения являются признаки монофрактальности. Полученные результаты в дальнейшем могут оказаться перспективными в качестве ранних диагностических маркеров злокачественной трансформации (повреждения) клеток и определения чувствительности/устойчивости клеток опухоли конкретного пациента к противоопухолевым препаратам.

Об авторах

О. Б. Наймарк
«Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук» – филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»
Россия

Наймарк Олег Борисович – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией физических основ прочности

614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 1



А. С. Никитюк
«Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук» – филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»
Россия

Никитюк Александр Сергеевич – младший научный сотрудник лаборатории физических основ прочности 

614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 1



В. О. Небогатиков
«Институт технической химии Уральского отделения Российской академии наук» – филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»
Россия

Небогатиков Владимир Олегович – кандидат биологических наук, младший научный сотрудник лаборатории биологически активных соединений 

614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 3



В. В. Гришко
«Институт технической химии Уральского отделения Российской академии наук» – филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»
Россия

Гришко Виктория Викторовна – кандидат химических наук, доцент, заведующая лабораторией биологически активных соединений 

614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 3



Список литературы

1. Тычинский ВП. Динамическая фазовая микроскопия: возможен ли «диалог» с клеткой? Успехи физических наук. 2007;177(5): 535–52. doi: 10.3367/UFNr.0177.200705c.0535.

2. Василенко ИА, Кардашова ЗЗ, Тычинский ВП, Вишенская ТВ, Лифенко РА, Валов АЛ, Иванюта ИВ, Агаджанян БЯ. Клеточная диагностика: возможности витальной компьютерной микроскопии. Вестник последипломного медицинского образования. 2009;(3–4):64–8.

3. Majeed H, Sridharan S, Mir M, Ma L, Min E, Jung W, Popescu G. Quantitative phase imaging for medical diagnosis. J Biophotonics. 2017;10(2):177–205. doi: 10.1002/jbio.201600113.

4. Bishitz Y, Gabai H, Girshovitz P, Shaked NT. Optical-mechanical signatures of cancer cells based on fluctuation profles measured by interferometry. J Biophotonics. 2014;7(8):624– 30. doi: 10.1002/jbio.201300019.

5. Игнатьев ПС, Индукаев КВ, Осипов ПА, Сергеев ИК. Лазерная интерференционная микроскопия для нанобиотехнологий. Медицинская техника. 2013;(1):27–30.

6. Naimark O. Nonlinear dynamics and damage induced properties of soft matter with application in oncology. AIP Conference Proceedings. 2017;1882(1):020052. doi: 10.1063/1.5001631.

7. Gerasimova-Chechkina E, Toner B, Marin Z, Audit B, Roux SG, Argoul F, Khalil A, Gileva O, Naimark O, Arneodo A. Comparative Multifractal Analysis of Dynamic Infrared Thermograms and X-Ray Mammograms Enlightens Changes in the Environment of Malignant Tumors. Front Physiol. 2016;7:336. doi: 10.3389/fphys.2016.00336.

8. Naimark OB, Nikitiuk AS, Baudement MO, Forne T, Lesne A. The physics of cancer: The role of epigenetics and chromosome conformation in cancer progression. AIP Conference Proceedings. 2016;1760(1):020051. doi: 10.1063/1.4960270.

9. Tsuchiya M, Selvarajoo K, Piras V, Tomita M, Giuliani A. Local and global responses in complex gene regulation networks. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2009;388(8):1738–46. doi: 10.1016/j.physa.2008.12.030.

10. Чиссов ВИ, Тычинский ВП, Волченко НН, Решетов ИВ, Кретушев АВ, Вышенская ТВ, Славнова ЕН, Барыгина ВВ, Клемешов ИВ. Когерентная фазовая микроскопия опухолей на модели рака молочной железы. Российский онкологический журнал. 2006;(2):11–5.

11. Naimark OB. Defect induced transitions as mechanisms of plasticity and failure in multifeld continua (review paper). In: Capriz G, Mariano P, editors. Advances in multifeld theories of continua with substructure. Boston: Birkhauser; 2004. p. 75–114.


Дополнительные файлы

1. Fig. 1. Typical phase pictures of an epithelial human kidney cell HEK 293 and breast adenocarcinoma cell MCF-7
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (445KB)    
Метаданные
2. Fig. 2. Multifractal analysis of the data obtained at modulation interference microscopy of cancer and non-cancer cells (MCF-7 and HEK 293): fluctuation functions, scaling exponent spectra and spectra of the singularities of the cumulative sums of minimal
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (736KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Наймарк О.Б., Никитюк А.С., Небогатиков В.О., Гришко В.В. Оценка нелинейной динамики поврежденности клеточных структур как перспективный метод персонализированной онкодиагностики. Альманах клинической медицины. 2018;46(8):742-747. https://doi.org/10.18786/2072-0505-201846-8-742-747

For citation:


Naimark O.B., Nikityuk A.S., Nebogatikov V.O., Grishko V.V. Evaluation of nonlinear dynamics of the cell structure damage as a promising method for personalized cancer diagnostics. Almanac of Clinical Medicine. 2018;46(8):742-747. (In Russ.) https://doi.org/10.18786/2072-0505-201846-8-742-747

Просмотров: 136


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2072-0505 (Print)
ISSN 2587-9294 (Online)