Фото и спектральный флуоресцентный анализ области травмы спинного мозга на животных моделях

Цель работы – проследить  динамику изменения флуоресцентных  сигналов  в приповерхностных слоях  тканей  травмированных участков спины лабораторных животных, что позволит, по косвенным признакам, оценить информативность флуоресцентной диагностики для последующего возможного диагностического мониторинга фотодинамической терапии спинного мозга. Модельными животными были крысы Вистар. Моделировалось два типа контузий: пневмоконтузия и контузия падающим грузом. Флуоресцентные измерения  проводились  фотографическим   и  спектрометрическим   методом с  препаратами  метиленовый  синий  и  индоцианин зеленый. Для фоторегистрации  флуоресцентного  ответа  использовался  стробоскопический флуоресцентный  имиджер с длиной волны возбуждения 630 нм. Спектральные  измерения проводились  с помощью спектрометра  ЛЕСА-01-БИОСПЕК, с возбуждением He-Ne  лазером  (632,8 нм). Показано,  что  оба  метода  позволяют  оценивать  величину  флуоресценции  метиленового  синего  и индоцианина зелёного в исследуемых тканях, а фотографический метод позволяет также получить пространственное распределение флуоресценции. Общая тенденция, обнаруженная в полученных данных – более интенсивная и равномерная флуоресценции дорсальной области крыс метиленовым синим, и менее интенсивное, но более контрастное распределение индоцианина зелёного. Представленные методы неинвазивны, что делает их привлекательными для диагностического использования. Однако из-за малой глубины приема сигнала состояние позвоночника можно определить лишь косвенно, по состоянию приповерхностных слоев тканей, накапливающих фотосенсибилизатор.

1. GBD 2016 Traumatic Brain Injury and Spinal Cord Injury Collaborators. Global, regional, and national burden of traumatic brain injury and spinal cord injury, 1990–2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016 // Lancet Neurol. – 2019. – Vol. 18. – P. 56–87. doi: 10.1016/S1474-4422(18)30415-0.

2. Nompumelelo Simelane N.W., Kruger C.A., Abrahamse H. Photodynamic diagnosis and photodynamic therapy of colorectal cancer in vitro and in vivo // RSC Adv. – 2020. – Vol. 10(68). – P. 41560-41576. doi: 10.1039/d0ra08617g.

3. Kwiatek S., Kawczyk-Krupka A., Mańka E., Cieślar G., Sieroń A., Stanek A. Can fluorescence and autofluorescence imaging be useful in diagnosis of basal cell cancer? Proposition of algorithms // Photodiagnosis Photodyn Ther. – 2020. – Vol. 30. – P. 101697. doi: 10.1016/j.pdpdt.2020.101697.

4. Howley R., Chandratre S., Chen B. 5-Aminolevulinic Acid as a Theranostic Agent for Tumor Fluorescence Imaging and Photodynamic Therapy // Bioengineering (Basel). – 2023. – Vol. 10(4). – P. 496. doi: 10.3390/bioengineering10040496.

5. Loshchenov M., Levkin V., Kalyagina N. et al. Laser-induced fluorescence diagnosis of stomach tumor // Lasers Med Sci. – 2020. – Vol. 35. – P. 1721–1728. https://doi.org/10.1007/s10103-020-02963-x.

6. Ohtani K., Usuda J., Ogawa E., Maehara S., Imai K., et al. Skin fluorescence following photodynamic therapy with NPe6 photosensitizer // Photodiagnosis Photodyn Ther. – 2017. – Vol. 20. – P. 210-214. doi: 10.1016/j.pdpdt.2017.10.001.

7. Kustov D.M., Yakovlev D.V., Moskalev A.S. et al., Intraoperative video-fluorescence navigation by PpIX and tissue saturation measurement during surgical resection of gastric malignant tumor // Materials of International Conference Laser Optics (ICLO), Saint Petersburg, Russian Federation. – 2022. – P. 1-1. doi: 10.1109/ICLO54117.2022.9840159.

8. Зайцев А.М., Куржупов М.И., Кушель Ю.В., Филоненко Е.В., Иванова-Радкевич В.И. Интраоперационная флюоресцентная диагностика при удалении эпендимомы шейно-грудного отдела позвоночника // Фотодинамическая терапия и фотодиагностика. – 2014. – № 3(2). – С. 24-27.

9. Wainwright J.V., Endo T., Cooper J.B., Tominaga T., Schmidt M.H. The role of 5-aminolevulinic acid in spinal tumor surgery: a review // J Neurooncol. – 2019. – Vol. 141(3). – P. 575-584. doi: 10.1007/s11060-018-03080-0.

10. Krause Molle Z., Gierga K., Turowski B., Steiger H.J., Cornelius J.F., Rapp M., Sabel M., Kamp M.A.. 5-ALA-Induced Fluorescence in Leptomeningeal Dissemination of Spinal Malignant Glioma // World Neurosurg. – 2018. – Vol. 110. – P. 345-348. doi: 10.1016/j.wneu.2017.10.069.

11. Mattogno P.P., Menna G., Pennisi G., Corbi L., Sturiale C.L., Polli F.M., Olivi A., Della Pepa G.M. Comparison of Effectiveness, Feasibility, Indications, and Limitations of Different Intraoperative Dyes in Spinal Neuro-Oncologic Surgery. A Systematic Review // World Neurosurg. – 2022. – Vol. 168 – – P. 146-153. doi: 10.1016/j.wneu.2022.09.117.

12. Cheng Y.T., Lett K.M., Schaffer C.B. Surgical preparations, labeling strategies, and optical techniques for cell-resolved, in vivo imaging in the mouse spinal cord // Exp Neurol. – 2019. – Vol. 318. – P. 192-204. doi: 10.1016/j.expneurol.2019.05.010.

13. Bakhsheshian J., Strickland B.A., Mack W.J., Zlokovic B.V. Investigating the blood-spinal cord barrier in preclinical models: a systematic review of in vivo imaging techniques // Spinal Cord. – 2021. – Vol. 59(6). – P. 596-612. doi: 10.1038/s41393-021-00623-7.

14. Goyal D., Kumar H. In Vivo and 3D Imaging Technique(s) for Spatiotemporal Mapping of Pathological Events in Experimental Model(s) of Spinal Cord Injury // ACS Chem Neurosci. – 2023. – Vol. 14(5). – P. 809-819. doi: 10.1021/acschemneuro.2c00643.

15. Chin P.T., Welling M.M., Meskers S.C., Valdes Olmos R.A., Tanke H., van Leeuwen F.W. Optical imaging as an expansion of nuclear medicine: Cerenkov-based luminescence vs fluorescence-based luminescence // Eur J Nucl Med Mol Imaging. – 2013. – Vol. 40(8). – P. 1283-91. doi: 10.1007/s00259-013-2408-9.

16. Wagnieres G.A., Star W.M., Wilson B.C., In vivo fluorescence spectroscopy and imaging for oncological applications // Photochem. Photobiol. – 1998. – Vol. 68. – P. 603–632.

17. Udeneev A., Kulichenko A., Kalyagina N., Shiryaev A., Pisareva T., Plotnikova A., Linkov K., Zavodnov S., Loshchenov M. Comparison of chlorin-e6 detection efficiency by video systems with excitation wavelengths of 405 nm and 635 nm // Photodiagnosis Photodyn Ther. – 2023. – Vol. 43. – P. 103729. doi: 10.1016/j.pdpdt.2023.103729.