КП06-Индия-8/07.08.2019 „Поляризационно-чувствителна флуоресцентна спектроскопия и микроскопия за детектиране на рак“

Финансиран от ФНИ – МОН

Партньорски организации: Институт по Електроника, Българска Академия на НаукитеДепартамент по Биофизика, Школа по науки за живота, Академия за висше образование на Манипал, Манипал, Карнатака, Индия

Научен колектив от българска страна

Доц. д-р Екатерина Георгиева Борисова – ръководител на екипа, Институт по Електроника, Българска Академия на Науките

Проф. дфн Лъчезар Аврамов, Институт по Електроника, Българска Академия на Науките

Доц. д-р Александър Гизбрехт, Институт по Електроника, Българска Академия на Науките

Цанислава Генова, редовен докторант, Институт по Електроника, Българска Академия на Науките

Деян Иванов, редовен докторант, Институт по Електроника, Българска Академия на Науките

Стоян Ильов, студент-бакалавър „Медицинска физика”, ФзФ-СУ, техник-Институт по Електроника, Българска Академия на Науките

 Научен колектив от индийска страна

Нирмал Мазумдер, гл. асист., д-р – ръководител на екипа

Шарма Парсада Кабеккоду, доц. д-р

Синдоора К М, докторант, магистър по биофизика

Съвременните методи за изследване на колагенови и еластинови влакна в биологичните тъкани изискват значителна обработка на образците и са ограничени до методите на хистологията и имунохистохимията. Стокс – поляриметрията от друга страна, основаваща се на поляризационно мултимодално изображение, и интегрирана с микроскопия на генерация на втора хармонична (SHG) е една от най-новите и изследвани области на биофотониката в световен мащаб, благодарение на перспективите за получаване на информация за динамични клетъчни и тъканни изменения in vivo, като техниката позволява измерване на четирите Стоксови вектора едновременно, с прилагане на 4-детекторна схема. Едновременното измерване е важен фактор, за да се характеризира цялостното състояние на поляризация и по този начин да се подобри чувствителността и да се сведат до минимум инструменталните грешки, дължащи се на шум от фона. Визуализацията на фиброзните тъканни структури е затруднена при прилагане на методики за получаване на конвенционални поляризационни изображения, но значително се подобява при приложение на методиката за получаване на векторни стоксови изображения. При все това, високата цена и сложност на използваната за този тип изменрвания апаратура ограничава приложенията.

Високата чувствителност на флуоресцентната спектроскопия й позволява да се използва като инструмент за ранна диагностика на патологични промени в тъканите на биохимично ниво преди настъпването на явни морфологични промени. Съчетаването с поляризационни техники за автофлуоресцентна спектроскопия на кожни неоплазии ще допринесе за получаване на информация за анизотропните свойства на кожните тъкани и техните изменения по време на туморния растеж. Поляризацията ще позволи да се подобри оптичният анализ на настъпилите морфологични промени, за да се оценят анизотропните изменения на структурните протеини в екстрацелуларната матрица по време на развитието на неоплазията, които могат да се използват не само за оценка на злокачествени заболявания, но и за детектиране на дегенеративни изменения на съединителните тъкани, автоимунни заболявания, такива като лупус еритематозус, дерматомиозит, склеродерма, ревматоиден артрит и др.

Комбинирането на предходния изследователски, теоретичен, експериментален и клиничен опит на двете изследователски групи, натрупването на нови експериментални данни и разработването на спектрални и образни алгоритми в рамките на съвместното сътрудничество, ще послужат за основа на настоящия проект, спомагайки за развитието и внедряването на комбинирани оптични техники за детектиране и диференциация на кожни новообразувания и други системни заболявания на кожата, за оптимизация и надграждане с поляризационно-чувствителни канали на другите спектрални техники, които използваме в научно-изследователската си практика, и за обогатяване на инструменталните възможности за поляризационно-чувствителна спектрална диагностика на тъканни патологии с цел повишаване на диагностичната точност за клинични приложения и разработка на методика за поляризационно-чувствителна флуоресцентна спектроскопия и микроскопия за детектиране на рак.

ЦЕЛИ НА ПРОЕКТА

Целта на този проект е да се определят поляризационните емисионни свойства на здрави и болни тъкани, като се използват модерни оптични методи. Българската и индийската групи целят да оценят потенциала на поляризационно-чувствителната автофлуоресцентна спектроскопия и Стокс-Мюлеровата микроскопия на биологичните тъкани и по този начин да разработят нов обективен инструмент за биомедицински приложения. В този контекст предлагаме да се създаде обща платформа за проучване, за да се анализират и оценят поляризационните свойства на излъчената светлина при флуоресцентно възбуждане въз основа на нашите експертизи.

Основните цели на проектното предложение са следните:

1. Визуална оценка и количествено определяне на поляризационните характеристики на тъканта (колагенови влакна, еластин), използвайки автофлуоресцентна спектроскопия и микроскопия;
2. Определяне на корелациите на поляризационните свойства на здрави тъкани и техните изменения по време на растежа на тумора, автофлуоресцентна спектроскопия с крос-поляризация и Стокс-векторна автофлуоресцентна микроскопия;
3. Сегментация на образи, реконструкция и автоматизация на диференциацията на здрави и туморни кожни тъкани;
4. Създаване и развитие на ползотворно научно сътрудничество, като резултатите от изследванията ще бъдат описани в съвместни публикации в реферируеми списания и представени на престижни международни конференции; подпомагане на кариерното развитие на младите учени и докторанти в екипите на проекта и на двамата партньори.