biophBiomedical PhotonicsBiomedical Photonics2413-9432Non-profit partnership for development of domestic photodynamic therapy and photodiagnosis10.24931/2413-9432-2026-15-3-21-29bioph-802Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESАнализ присутствия коллагена в опухолях головного мозга методом спектроскопии спонтанного комбинационного рассеяния светаAnalysis of collagen presence in brain tumors using spontaneous Raman scattering spectroscopyАнтиповаЕ. Д.AntipovaE. D.

Москва

Moscow

Antipova.ED@mail.ruРоманишкинИ. Д.RomanishkinI. D.

Москва

Moscow

СавельеваТ. А.SavelievaT. A.

Москва

Moscow

РябоваА. В.RyabovaA. V.

Москва

Moscow

ШугайС. В.ShugayS. V.

Москва

Moscow

КосырьковаА. В.KosyrkovaA. V.

Москва

Moscow

ПавловаГ. В.PavlovaG. V.

Москва

Moscow

ПронинИ. Н.ProninI. N.

Москва

Moscow

ЛощеновВ. Б.LoschenovV. B.

Москва

Moscow

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наукРоссияProkhorov General Physics Institute of Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (Московский инженерно-физический институт)РоссияProkhorov General Physics Institute of Russian Academy of Sciences; National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationИнститут общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (Московский инженерно-физический институт); Российский Университет дружбы народовРоссияProkhorov General Physics Institute of Russian Academy of Sciences; National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); RUDN UniversityRussian FederationНациональный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н. Н. БурденкоРоссияN.N. Burdenko National Medical Research Center of NeurosurgeryRussian FederationНациональный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко; Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наукРоссияN.N. Burdenko National Medical Research Center of Neurosurgery; Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2026091020261532129Copyright © Антипова Е.Д., Романишкин И.Д., Савельева Т.А., Рябова А.В., Шугай С.В., Косырькова А.В., Павлова Г.В., Пронин И.Н., Лощенов В.Б., 20262026Антипова Е.Д., Романишкин И.Д., Савельева Т.А., Рябова А.В., Шугай С.В., Косырькова А.В., Павлова Г.В., Пронин И.Н., Лощенов В.Б.Antipova E.D., Romanishkin I.D., Savelieva T.A., Ryabova A.V., Shugay S.V., Kosyrkova A.V., Pavlova G.V., Pronin I.N., Loschenov V.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pdt-journal.com/jour/article/view/802

При прогрессировании опухолей головного мозга избыточный коллаген повышает жёсткость внеклеточного матрикса, что способствует метастазированию, препятствует проникновению препаратов и снижает эффективность терапии. Детальное изучение коллагена как перспективного биомаркера злокачественности весьма актуально для дополнения к гистопатологии в точной диагностике и планировании лечения. В данном исследовании предлагается подход к детекции коллагена в тканях внутричерепных опухолей методом спектроскопии спонтанного комбинационного рассеяния с возбуждением на длине волны 785 нм.

As brain tumors progress, excess collagen increases the rigidity of the extracellular matrix, which promotes metastasis, impedes drug penetration, and reduces the effectiveness of therapy. A detailed study of collagen as a promising biomarker of malignancy is highly relevant for complementing histopathology for accurate diagnosis and treatment planning. This study proposes an approach to detect collagen in intracranial tumor tissues using spontaneous Raman spectroscopy with excitation at a wavelength 785 nm.

внутричерепные опухолиглиомыменингиомыоптическая спектроскопиякомбинационное рассеяниеколлагенвнеклеточный матриксintracranial tumorsgliomasmeningiomasoptical spectroscopyRaman scatteringcollagenextracellular matrixThis work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (the Federal Scientific-technical program for genetic technologies development for 2019–2030), agreement No 075-15-2025-559.ReferencesChakraborty R., Asthana A., Singh A.K., Adhikari R., Bin Hasan A. Chapter 20 - Collagen - a highly developed and abundant fibrous protein: synthesis and characterization // Handbook of Natural Polymers, Elsevier. – 2023. – P. 489-508. ISBN 9780323998536. doi: 10.1016/B9780-323-99853-6.00013-9.Chakraborty R., Asthana A., Singh A.K., Adhikari R., Bin Hasan A. Chapter 20 - Collagen - a highly developed and abundant fibrous protein: synthesis and characterization. Handbook of Natural Polymers, Elsevier, 2023, pp. 489-508. ISBN 9780323998536. doi: 10.1016/B978-0-323-99853-6.00013-9.Naomi R., Ridzuan P.M., Bahari H. Current Insights into Collagen Type I. // Polymers (Basel). - 2021. - Vol. 16. - P. 2642. doi: 10.3390/polym13162642Naomi R., Ridzuan P.M., Bahari H. Current Insights into Collagen Type I. Polymers (Basel), 2021, vol. 16, pp. 2642. doi: 10.3390/polym13162642Mohiuddin E., Wakimoto H. Extracellular matrix in glioblastoma: opportunities for emerging therapeutic approaches // American Journal of Cancer Research. — 2021. — Vol. 11, No. 8. — P. 3742–3754.Mohiuddin E., Wakimoto H. Extracellular matrix in glioblastoma: opportunities for emerging therapeutic approaches. American Journal of Cancer Research, 2021, vol. 11, pp. 3742–3754.Di Vito A., Donato A., Bria J., Conforti F., La Torre D., Malara N., Donato G. Extracellular Matrix Structure and Interaction with Immune Cells in Adult Astrocytic Tumors. // Cell Mol Neurobiol. – 2024. – Vol. 1, No. 44. – P. 54. doi: 10.1007/s10571-024-01488-zDi Vito A., Donato A., Bria J., Conforti F., La Torre D., Malara N., Donato G. Extracellular Matrix Structure and Interaction with Immune Cells in Adult Astrocytic Tumors. Cell Mol Neurobiol, 2024, vol. 1, pp. 54. doi: 10.1007/s10571-024-01488-zGe H., Tian M., Pei Q., Tan F., Pei H. Extracellular matrix stiffness: new areas affecting cell metabolism // Front Oncol. - 2021. - Vol. 11. - P. 631991. doi: 10.3389/fonc.2021.631991.Ge H., Tian M., Pei Q., Tan F., Pei H. Extracellular matrix stiffness: new areas affecting cell metabolism. Front Oncol, 2021, vol. 11, pp. 631991. doi: 10.3389/fonc.2021.631991.Flies D.B., Langermann S., Jensen C., Karsdal M.A., Willumsen N. Regulation of tumor immunity and immunotherapy by the tumor collagen extracellular matrix // Front Immunol. – 2023. – Vol.14. – P. 1199513. doi: 10.3389/fimmu.2023.1199513.Flies D.B., Langermann S., Jensen C., Karsdal M.A., Willumsen N. Regulation of tumor immunity and immunotherapy by the tumor collagen extracellular matrix. Front Immunol, 2023, vol.14, pp. 1199513. doi: 10.3389/fimmu.2023.1199513.Larsen A.M.H., Kuczek D.E., Kalvisa A., Siersbæk M.S., Thorseth M.L., Johansen A.Z., Carretta M., Grøntved L., Vang O., Madsen D.H. Collagen density modulates the immunosuppressive functions of macrophages // J Immunol. – 2020. – Vol. 205. – P. 1461–1472. doi: 10.4049/jimmunol.1900789.Larsen A.M.H., Kuczek D.E., Kalvisa A., Siersbæk M.S., Thorseth M.L., Johansen A.Z., Carretta M., Grøntved L., Vang O., Madsen D.H. Collagen density modulates the immunosuppressive functions of macrophages. J Immunol, 2020, vol. 205, pp. 1461–1472. doi: 10.4049/jimmunol.1900789.Soles A., Selimovic A., Sbrocco K., Ghannoum F., Hamel K., Moncada E.L., Gilliat S., Cvetanovic M. Extracellular Matrix Regulation in Physiology and in Brain Disease // Int J Mol Sci. – 2023. – Vol.8, No. 24. – P. 7049. doi: 10.3390/ijms24087049.Soles A., Selimovic A., Sbrocco K., Ghannoum F., Hamel K., Moncada E.L., Gilliat S., Cvetanovic M. Extracellular Matrix Regulation in Physiology and in Brain Disease. Int J Mol Sci, 2023, vol.8, pp. 7049. doi: 10.3390/ijms24087049.Oudart J.B., Monboisse J.C., Maquart F.X., Brassart B., Brassart-Pasco S., Ramont L.. Type XIX collagen: A new partner in the interactions between tumor cells and their microenvironment // Matrix Biol. – 2017. – Vol. 57-58. – P. 169-177. doi: 10.1016/j.matbio.2016.07.010.Oudart J.B., Monboisse J.C., Maquart F.X., Brassart B., Brassart-Pasco S., Ramont L.. Type XIX collagen: A new partner in the interactions between tumor cells and their microenvironment. Matrix Biol, 2017, vol. 57-58, pp. 169-177. doi: 10.1016/j.matbio.2016.07.010.Mammoto T., Jiang A., Jiang E., Panigrahy D., Kieran M.W., Mammoto A. Role of collagen matrix in tumor angiogenesis and glioblastoma multiforme progression // Am J Pathol. – 2013. – Vol. 183. – P. 1293-1305. doi: 10.1016/j.ajpath.2013.06.026.Mammoto T., Jiang A., Jiang E., Panigrahy D., Kieran M.W., Mammoto A. Role of collagen matrix in tumor angiogenesis and glioblastoma multiforme progression. Am J Pathol, 2013, vol. 183, pp. 1293-1305. doi: 10.1016/j.ajpath.2013.06.026.Tsai H.F., Chang Y.C., Li C.H. et al. Type V collagen alpha 1 chain promotes the malignancy of glioblastoma through PPRC1-ESM1 axis activation and extracellular matrix remodeling // Cell Death Discov. – 2021. – Vol.7. – P. 313. doi: 10.1038/s41420-021-00661-3.Tsai H.F., Chang Y.C., Li C.H. et al. Type V collagen alpha 1 chain promotes the malignancy of glioblastoma through PPRC1-ESM1 axis activation and extracellular matrix remodeling. Cell Death Discov, 2021, vol. 7, pp. 313. doi: 10.1038/s41420-021-00661-3.Senner V., Ratzinger S., Mertsch S., Grässel S., Paulus W. Collagen XVI expression is upregulated in glioblastomas and promotes tumor cell adhesion // FEBS Lett. – 2008. – Vol. 582. – P. 3293-3300. doi: 10.1016/j.febslet.2008.09.017.Senner V., Ratzinger S., Mertsch S., Grässel S., Paulus W. Collagen XVI expression is upregulated in glioblastomas and promotes tumor cell adhesion. FEBS Lett, 2008, vol. 582, pp. 3293-3300. doi: 10.1016/j.febslet.2008.09.017.Das A., Tan W.-L., Smith D.R. Expression of extracellular matrix markers in benign meningiomas // Neuropathology. – 2003. – Vol. 23. – P. 275–281.Das A., Tan W.-L., Smith D.R. Expression of extracellular matrix markers in benign meningiomas. Neuropathology, 2003, vol. 23, pp. 275–281.Nguyen T.T., Gobinet C., Feru J., Brassart-Pasco S., Manfait M., Piot O. Characterization of Type I and IV Collagens by Raman Microspectroscopy: Identification of Spectral Markers of the Dermo-Epidermal Junction // Spectroscopy: An International Journal. – 2012. – Vol. 27. – P. 421–427. doi: 10.1155/2012/686183.Nguyen T.T., Gobinet C., Feru J., Brassart-Pasco S., Manfait M., Piot O. Characterization of Type I and IV Collagens by Raman Microspectroscopy: Identification of Spectral Markers of the Dermo-Epidermal Junction. Spectroscopy: An International Journal, 2012, vol. 27, pp. 421–427. doi: 10.1155/2012/686183.Haka A.S., Shafer-Peltier K. E., Fitzmaurice M., Crowe J., Dasari R.R., Feld M.S. Diagnosing breast cancer by using Raman spectroscopy // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. – 2005. – Vol. 102. – P. 12371–12376. doi: 10.1073/pnas.0501390102.Haka A.S., Shafer-Peltier K. E., Fitzmaurice M., Crowe J., Dasari R.R., Feld M.S. Diagnosing breast cancer by using Raman spectroscopy Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2005, vol. 102, pp. 12371–12376. doi: 10.1073/pnas.0501390102.D’Acunto M., Gaeta R., Capanna R. et al. Contribution of Raman Spectroscopy to Diagnosis and Grading of Chondrogenic Tumors // Scientific Reports. – 2020. – Vol. 10. – P. 2155. doi: 10.1038/s41598-020-58848-0.D’Acunto M., Gaeta R., Capanna R. et al. Contribution of Raman Spectroscopy to Diagnosis and Grading of Chondrogenic Tumors. Scientific Reports, 2020, vol. 10,- pp. 2155. doi: 10.1038/s41598-020-58848-0.Ingle I., Kerns J.G., Shepherd R.F. Multivariate analysis of Raman spectra for discriminating human collagens: In vitro identification of extracellular matrix collagens produced by an osteosarcoma cell line // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 2025. – Vol. 328. – P. 125434. doi: 10.1016/j.saa.2024.125434.Ingle I., Kerns J.G., Shepherd R.F. Multivariate analysis of Raman spectra for discriminating human collagens: In vitro identification of extracellular matrix collagens produced by an osteosarcoma cell line. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2025, vol. 328, pp. 125434. doi: 10.1016/j.saa.2024.125434.Романишкин И.Д., Савельева Т.А., Оспанов А., Линьков К.Г., Шугай С.В., Горяйнов С.А., Павлова Г.В., Пронин И.Н., Лощенов В.Б. Классификация внутричерепных опухолей на основе оптико-спектрального анализа // Biomedical Photonics. – 2023. – Vol.12. – P. 4-10. doi: 10.24931/2413-9432-2023-12-3-4-10.Romanishkin I.D., Savelieva T.A., Ospanov A., Linkov K.G., Shugai S.V., Goryajnov S.A., Pavlova G.V., Pronin I.N., Loschenov V.B. Classification of intracranial tumors based on optical-spectral analysis. Biomedical Photonics, 2023, vol.12, pp. 4-10. doi: 10.24931/2413-9432-2023-12-3-4-10.Оспанов А., Романишкин И.Д., Савельева Т.А., Шугай С.В., Косырькова А.В., Павлова Г.В., Пронин И.Н., Лощенов В.Б. Поиск корреляций в данных спектроскопии комбинационного рассеяния, диффузного отражения и флуоресценции тканей внутричерепных опухолей // Biomedical Photonics. – 2025. – Vol.14. – P. 22-33. doi: 10.24931/2413-9432-2025-14-4-22-33.Ospanov A., Romanishkin I.D., Savelieva T.A., Shugay S.V., Kosyrkova A.V., Pavlova G.V., Pronin I.N., Loschenov V.B. Search for correlations in raman, diffuse reflectance, and fluorescence spectroscopy data from intracranial tumors. Biomedical Photonics, 2025, vol.14, pp. 22-33. doi: 10.24931/2413-9432-2025-14-4-22-33.Brusatori M., Auner G., Noh T., et al. Intraoperative Raman Spectroscopy // Neurosurg Clin N Am. – 2017. – Vol. 28. – P. 633-652. doi: 10.1016/j.nec.2017.05.014.Brusatori M., Auner G., Noh T., et al. Intraoperative Raman Spectroscopy. Neurosurg Clin N Am, 2017, vol. 28, pp. 633-652. doi: 10.1016/j.nec.2017.05.014.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.