Применение лазерной корреляционной спектроскопии в молекулярном анализе
Э.К. Непомнящая, инженер, Высшая школа прикладной физики и космических технологий, Санкт-Петербургский политехнический университет им. Петра Великого
Е.Н. Величко, к.т.н., доцент, Высшая школа прикладной физики и космических технологий, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
В данной работе рассматривается возможность применения метода лазерной корреляционной спектроскопии для анализа молекулярного состава биологических жидкостей организма (плазмы крови). Также рассматриваются возможности оценки общего состояния организма исходя из полученных результатов анализа.
Ключевые слова: лазерная корреляционная спектроскопия, иммунная система, молекулярный состав, плазма крови
лазерный корреляционный спектроскопия молекулярный
Для современной медицины невозможно переоценить возможности, которые предоставляет анализ молекулярного состава биологических жидкостей [5]. Именно благодаря широкому кругу диагностических параметров, которые можно выявить при исследовании биологических жидкостей, в медицине появилось столько различных методов: магнитно-резонансных, биохимических, оптических,флюоресцентных, масс-спектрометрических, и др. [6].
В клинической практике, в основном,используются биохимические методы, однако в даннойработе предлагается отказаться от их примененияиз-за высокой себестоимости и невозможности проведения исследований процессов взаимодействия молекул в динамике, без нарушения их нативности.
Для изучения молекулярного состава биологических жидкостей был выбран методдинамического рассеяния света (лазерной корреляционной спектроскопии). Активный интерес исследователей к данному методу вызван простотой и неинвазивностью в сочетании с глубокой информативностью метода: лазерная корреляционная спектроскопия позволяет измерять размеры и коэффициенты диффузии наночастиц в жидкости, определять их формы, электрические потенциалы, степени связи молекул друг с другом[4].
В основе метода лежит эффект мерцания спекл поля, образующегося при рассеянии когерентного излучения на движущихся объектах[7]. Измерение динамических параметров спекл поля позволяет рассчитать вышеперечисленные параметры наночастиц.
В рамках данного исследования был разработан и создан лабораторный макет лазерного корреляционного спектрометра, описание которого можно найти в работах [1, 2].При помощи данного устройства и разработанной программы обработки экспериментальных данных [3] был исследован молекулярный состав плазмы крови нескольких доноров.
В процессе исследования рассчитывалось распределение молекул по размерам в плазме крови. Для каждого донора наблюдаласьуникальная картина распределения. При этом наблюдались характерные особенности, идентичные для мужчин и женщин. Таким образом, можно говорить о различном молекулярном составе плазмы крови исследуемых доноров.
Кроме того, результаты исследования плазмы крови сравнивались с предыдущими экспериментами, проводимыми на сыворотке. Молекулярный состав плазмы и сыворотки одних и тех же доноров совпадает в пределах погрешности (за исключением наличия в плазме фибрина), что говорит о постоянствемолекулярного состава доноров с течением времени (забор крови производился утром натощак).
Дальнейшие исследования будут направлены на выявление особенностей состава плазмы крови при различных заболеваниях, что позволит проводить быструю диагностику, не требующую использования специфических реагентов.
Библиографический список
1. Nepomnyashchaya E.K., Savchenko E.A., Velichko E.N., Aksenov E.T. Investigation of albumin-fullerenol interaction by laser correlation spectroscopy: the algorithm // Journal of biomedical photonics and engineering. -- № 2 №4. -- pp. 040309.
2. Nepomniashchaia E.K., Velichko E.N., Aksenov E.T. Solution of the laser correlation spectroscopy inverse problem by the regularization method // Humanities & Science University Journal. -- 2015. -- № 13 (13). -- С. 13-21.
3. Nepomnyashchaya E., Velichko E., Aksenov E. Inverse problem of laser correlation spectroscopy for analysis of polydisperse solutions of nanoparticles // Journal of Physics: Conference Series. ? 2016. ? V. 769. № 1. ? С. 12025.
4. Stetefeld J., McKenna S.A, Patel T.R. Dynamic light scattering: a practical guide and applications in biomedical sciences // Biophys Rev. ? 2016. ? pp. 409-427.
5. Tallmadge R. L., Miller S. C., Parry S. A. et al. Antigen-specific immunoglobulin variable region sequencing measures humoral immune response to vaccination in theequine neonate // PLOS ONE. ? 2017. ? 12 (5)? e0177831.
6. Zemans R. Jacobson S., Keene J. et al. Multiple biomarkers predict disease severity, progression and mortality in COPD // Respiratory Research.? 2017.?18 177.
7. Zherebtsov E.A., Dremin V.V., Zherebtsova A.I., Makovik I.N., Dunaev A.V. Optical non-invasive diagnostics of microcirculatory-tissue systems of the human body: questions of metrological and instrumentation provision // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. 2016. Т. 2. № 4. С. 40305.