Оптический анализ костной ткани методом спектроскопии комбинационного рассеяния при экспериментальном остеопорозе и его коррекции с помощью аллогенного гидроксиапатита

Власов М.Ю., Волова Л.Т., Даниэль М.А., Писарева Е.В., Романова Д.А., Субатович А.Н., Тимченко Е.В., Тимченко П.Е., Тюмченкова А.С., Федорова Я.В., Федотов А.А.

Полный текст «Оптического журнала»

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Тимченко Е.В., Тимченко П.Е., Писарева Е.В., Власов М.Ю., Волова Л.Т., Федотов А.А., Федорова Я.В., Тюмченкова А.С., Романова Д.А., Даниэль М.А., Субатович А.Н. Оптический анализ костной ткани методом спектроскопии комбинационного рассеяния при экспериментальном остеопорозе и его коррекции с помощью аллогенного гидроксиапатита // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 3. С. 37–45. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-03-37-45

Timchenko E.V., Timchenko P.E., Pisareva E.V., Vlasov M.Yu., Volova L.T., Fedotov A.A., Fedorova Ya.V., Tyumchenkova A.S., Romanova D.A., Daniel M.A., Subatovich A.N. Optical analysis of bone tissue by Raman spectroscopy in experimental osteoporosis and its correction using allogeneic hydroxyapatite [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2020. V. 87. № 3. P. 37–45. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-03-37-45

Ссылка на англоязычную версию:

E. V. Timchenko, P. E. Timchenko, E. V. Pisareva, M. Yu. Vlasov, L. T. Volova, A. A. Fedotov, Ya. V. Fedorova, A. S. Tyumchenkova, D. A. Romanova, M. A. Daniel, and A. N. Subatovich, "Optical analysis of bone tissue by Raman spectroscopy in experimental osteoporosis and its correction using allogeneic hydroxyapatite," Journal of Optical Technology. 87(3), 161-167 (2020). https://doi.org/10.1364/JOT.87.000161

Аннотация:

Приведены результаты экспериментальных исследований костной ткани при моделировании остеопороза и проведена оценка эффективности коррекции данного патологического состояния с помощью аллогенного гидроксиапатита методом спектроскопии комбинационного рассеяния. В ходе исследований получены спектры комбинационного рассеяния губчатой и кортикальной костных тканей и проведена деконволюция спектров на полосы с использованием функции Гаусса. Введенные коэффициенты позволяют оценить эффективность различных доз гидроксиапатита (10, 20, 30 мг/кг) для коррекции остеорезорбции при моделировании остеопороза путем проведения овариоэктомии. Установлено, что в отличие от кортикальной кости в губчатой не наблюдаются ярко выраженные изменения коэффициентов «I1069/I1739», «I850/I1739», «I1243/I1739». Введение суспензии гидроксиапатита показало, что последствия овариоэктомии губчатой кости можно обратить за указанный период лечения на 40–60%, а кортикальной кости почти полностью (70–100%).

Ключевые слова:

спектроскопия комбинационного рассеяния, оптические коэффициенты, остеопороз, гидроксиапатит, овариоэктомия, коллагеновый матрикс, деконволюция спектра

Благодарность:

Исследования проведены при финансовой поддержке российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), проект № 18-315-20017\18.

Коды OCIS: 170.5660, 170.4580

Список источников:

1. Привалов В.Е., Фотиади А.Э., Шеманин В.Г. Лазеры и экологический мониторинг атмосферы. СПб.: Лань, 2013. 288 с.

2. Долгих Г.И., Привалов В.Е. Лазерная физика. Фундаментальные и прикладные исследования. Владивосток: Рея, 2016. 352 с.
3. Долгих Г.И., Привалов В.Е. Лазеры. Лазерные системы. Владивосток: Дальнаука, 2009. 202 с.
4. Привалов В.Е. Газоразрядные лазеры в измерительных комплексах Л.: Судостроение, 1989. 260 с.
5. Дедов И.И. Остеопороз: клинические рекомендации // Российская ассоциация эндокринологов. 2016. C. 104.
6. Тимченко П.Е., Тимченко Е.В., Писарев Е.В. и др. Экспериментальные исследования гидроксиапатита с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 3. С. 1–7.
7. Choksi P., Jepsen K.J., Clines G.A. The challenges of diagnosing osteoporosis and the limitations of currently available tools // Clinical Diabetes and Endocrinology. 2018. V. 4. № 12. P. 1–13.
8. Timchenko E.V., Timchenko P.E., Lichtenberg A., et al. Assessment of decellularization of heart bioimplants using a Raman spectroscopy method // J. Biomed. Opt. 2017. V. 22. № 9. P. 1–4.
9. Miso N., Jeong-Eun H., Min-Sun K., et al. Metabolic alterations in the bone tissues of ages osteoporotic mice // Scientific Reports. 2018. V. 8. № 1. P. 1–10.
10. Kerns D.J. Evidence from Raman spectroscopy of a putative link between inherent bone matrix chemistry and degenerative joint // ARTHRITIS & RHEUMATOLOGY. 2014. V. 66. № 5. P. 1237–1246.
11. Сергеева Л.И., Кузьмина В.Е. Физиология систем крови, кровообращения и внутренней секреции. Челябинск: изд. Челябинского гос. пед. ун-та, 2015. 244 с.
12. Крель А.А. Методы определения оксипролина в биологических жидкостях и их применение в клинической практике // Вопр. мед. химии. 1968. № 6. С. 635–643.
13. Подковкин В.Г., Иванов Д.Г. Состояние коры надпочечников и динамика содержания оксипролина у крыс при тепловой нагрузке // Вестник Самарского гос. ун-та. 2006. № 9. С. 237–246.
14. Фролов Ю.П. Математические методы в биологии. ЭВМ и программирование. Самара: изд. «Самарский университет», 1997. C. 265.
15. Меркулов Г. А. Курс патогистологической техники. СПб.: Медицина, 1969. C. 406.
16. Timchenko E.V., Timchenko P.E., Volova L.T., et al. Raman spectroscopy of the organic and mineral structure of bone grafts // Quant. Electron. 2014. V. 44(7). P. 696–699.
17. Timchenko E.V., Timchenko P.E., Taskina L.A., et al. Using Raman spectroscopy to estimate the demineralization of bone transplants during preparation // JOT. 2015. V. 82. P. 153–157.
18. Timchenko E.V., Timchenko P.E., Volova L.T., et al. Optical analysis of aortic implants // Optical Memory and Neural Networks. 2016. V. 25. № 3. P. 192–197.
19. Movasaghi Z., Rehman I., Rehman S. Raman spectroscopy of biological tissues // Appl. Spectr. Rev. 2007. V. 42. № 5. P. 493–541.
20. Sukhoduba L.F., Moseke C., Sukhodub L.B. Collagen–hydroxyapatite–water interactions investigated by XRD, piezogravimetry, infrared and Raman spectroscopy // J. Molecular Structure. 2004. V. 704. № 1–3. P. 53–58.
21. Shen J., Fan L., Yang J., et al. A longitudinal Raman microspectroscopic study of osteoporosis induced by spinal cord injury // Osteoporosis International. 2010. V. 21. № 1. P. 81–87.
22. Orkoulaa M.G., Vardaki M.Z., et al. Study of bone matrix changes induced by osteoporosis in rat tibia using Raman spectroscopy // Vibrational Spectroscopy. 2012. V. 63. P. 404–408.
23. Beattie J.R., Caraher M.C., Cummins N.M., et al. Raman spectral variation for human fingernails of postmenopausal women is dependent on fracture risk and osteoporosis status // J. Raman Spectroscopy. 2017. V. 48(6). P. 813–821.
24. Tarnowski C.P. Mineralization of developing mouse Calvaria as revealed by Raman microspectroscopy // J. Bone and Mineral Research. 2002. V. 17. № 6. P. 1118–1126.
25. Christenson R.H. Biochemical markers of bone metabolism: An overview // Clinical Biochem. 1997. V. 30. № 8. P. 573–593.
26. Polak R., Pitombo R.N.M. Care during freeze-drying of bovine pericardium tissue to be used as a biomaterial: A comparative study // Cryobiology. 2011. V. 63. № 2. P. 61–67.
27. Eriksen E.F., Colvard D.S., Berg N.J., et al. Evidence of estrogen receptors in normal human osteoblast-like cells // Science. 1988. V. 241. P. 84–98.
28. Mundy G.R. Bone resorbing cells // In: Primer on the metabolic bone diseases and disorders of mineral metabolism / N.Y.: Raven Press, 2002. P. 25–32.
29. Stefen J., Pettis L. Prospective trial of ossein-hydroxyapatite compound in surgically induced postmenopausal women // Bone. 1989. V. 10. P. 276–282.
30. Pines A., Raafat H., Lynn A.H., et al. Clinical trial of Ossein-hydroxyapatite compound (Osteogenon) in the prevention of osteoporosis due to corticosteroid therapy // Curr. Med. Res. Opin. 1984. V. 8. P. 734–742.