# 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 Науките

Департамент 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-БАН

проф. дфн Лъчезар Аврамов, ИЕ-БАН

доц. д-р Александър Гизбрехт, ИЕ-БАН

Цанислава Генова, редовен докторант, ИЕ-БАН

Деян Иванов, редовен докторант, ИЕ-БАН

Стоян Ильов, студент -бакалавър „Медицинска физика”, ФзФ-СУ, техник - ИЕ-БАН

   

 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.