Разработка фундаментальных основ метода оптического просветления биологических тканей и его приложение к решению задач диагностики и терапии патологических процессов

1. В результате комплексного молекулярного моделирования взаимодействия ряда дисахаридов (сахарозы, мальтозы, лактозы, трегалозы и целлобиозы) и полиэтиленгликолей (PEG 200, 300, 400) с миметическим пептидом коллагена (GPH)3 получены теоретические значения эффективностью оптического просветления (ЭОП) кожи человека. ЭОП = 0.03174 + · 0.01385 x E. Наиболее эффективными иммерсионными агентами из рассмотренных предсказаны молекулы целлобиозы и PEG 400. 2. Экспериментально in vivo определена эффективность оптического просветления кожи человека с помощью 60% водного раствора сахарозы, которая оказалась равной 1.05 ± 0.12 см-1 мин-1. 3. Молекулярное моделирование показало, что следующим шагом для увеличения эффективности взаимодействия может быть подбор иммерсионного агента с такими структурными характеристиками, которые позволяли бы ему одновременно взаимодействовать сразу с несколькими молекулярными карманами коллагена. Примером такого эффективного просветляющего агента может служить молекулярная система полимерного типа, состоящая, например, из шестичленных моносахаридов или полиэтиленгликолей, соединенных подвижной углеродно-кислородной цепочкой такой длины, чтобы насыщенные кольца сахара или части углеродно-кислородной цепи попадали в области молекулярных карманов коллагена и взаимодействовали с ними посредством своих гидроксильных групп и атомов кислорода в цепи. Но при этом следует учитывать, что значительное увеличение размера молекул, используемых в качестве просветляющих агентов, приведет к увеличению вязкости вещества и, как следствие, к уменьшению скорости диффузии в биоткани, а также к увеличению времени его вымывания из биотканей. 4. С помощью молекулярной динамики исследована зависимость изменения объема пептидов коллагена от концентрации глицерина. Установлено, что эта зависимость носит нелинейный характер: она имеет характерный максимум в области средних концентраций (40 %). Наличие максимума в изменении объема молекул коллагена в области средних концентраций глицерина объясняется тем, что, во-первых, на поверхности коллагена существует конечное число посадочных мест – «молекулярных карманов» пригодных для эффективного присоединения молекул глицерина. Во-вторых, показано что, при увеличении концентрации глицерина, увеличивается вероятность образования водородосвязанных самоассоциатов. Эти самоассоциаты со временем образуют кластерные структуры, что приводит к неравномерному воздействию на различные участки молекул коллагена. Это в свою очередь снижает эффективность разрушения гидратной оболочки вокруг коллагена и соответственно уменьшает степень воздействия глицерина на коллаген. 5. На основе измерений кинетики оптического просветления здоровой и гликированной биотканей крыс получены новые данные об эффективных коэффициентах диффузии, коэффициентах проницаемости биотканей и эффективности оптического просветления. Получены значимые различия между исследуемыми параметрами у здоровых животных и при гликированности различных биотканей под действием модельного аллоксанового диабета 1 типа, что может служить маркером развития диабета. 6. Получены новые данные по показателям преломления здоровых и патологически изменённых биотканей (модельный аллоксановый диабет I типа) различных температурах и при их оптическом просветлении. Согласно результатам исследования рефрактометрических свойств гемоглобина, полученного из крови крыс с модельным аллоксановым диабетом температурный инкремент показателя преломления может служить для разделения контрольной и диабетической групп животных. 7. Впервые получены значения показателя преломления образцов лёгочной ткани лабораторных животных, в течение месяца подвергавшихся ингаляционному воздействию жидкости для электронных сигарет. Увеличение в видимой области показателя преломления после длительного ингаляционного воздействия оптического просветляющего агента, возможно, можно объяснить изменениями, связанными с дополнительным кровоснабжением легочной ткан, гемоглобином и другими белками, связывающимися с просветляющим агентом, в то время, как рост показателя преломления в БИК области может быть связан с накоплением ингаляционной жидкости. 8. Исследованы изменения микроциркуляции подкожного кровотока в сосудах различных органов лабораторных крыс как в норме так и в условиях развития аллоксанового диабета 1 типа. Впервые получены результаты спекл-визуализации кровеносных сосудов в ушах лабораторных крыс при внутривенном введении оптических просветляющих агентов. Получены результаты исследования влияния различных оптических просветляющих агентов на параметры микроциркуляции поджелудочной железы, абдоминальной жировой ткани, стенок отдела тонкой кишки лабораторных крыс. 9. Впервые исследованы текстурные особенности условно здоровой склеры и при модельной миопии ex vivo, получаемые методом оптической когерентной томографии при оптическом просветлении ткани 40% водным раствором глицерина. 10. Разработан и апробирован на желатиновом фантоме метод реконструкции и мониторинга коэффициента рассеяния с разрешением по глубине однородных образцов при оптическом просветлении образца.