КП06-Русия/19/28.09.2019
„Мултивариативна раманова и флуоресцентна диагностика на кожни тумори“

Финансиран от ФНИ - МОН

   

Партньорски организации:

Институт по Електроника, Българска Академия на Науките

Самарски Национален Изследователски Университет „Акад. С.П. Королев”, Департамент по Лазерни и Биотехнически Системи

   

   

   

   

   Научен колектив от българска страна

Александър Гизбрехт, доц. д-р,- ръководител на екипа,
Институт по Електроника-БАН

Доц. д-р Екатерина Георгиева Борисова, ИЕ-БАН

Петранка Троянова, проф. д-р медицина, дерматология, УМБАЛ „Царица Йоанна-ИСУЛ”

Петя Павлова, доц. д-р, ТУ-София, филиал Пловдив

Цанислава Генова, редовен докторант, ИЕ-БАН

Виктория Мирчева, студент -бакалавър „Медицинска физика”

Стоян Ильов, студент -бакалавър „Медицинска физика”

   

 Научен колектив от руска страна

   Валерий Захаров, проф. дфмн - ръководител на екипа

Иван Братченко, доцент, д-р по физика (Оптика)

Александр Морятов, доцент, д-р по медицина

Сергей Козлов, проф. дмн по Онкология

Олег Мякинин, асистент, магистър

Дмитрий Раулов, магистратура,докторант

Людмила Шамина, магистратура, докторант

Дмитрий Артемьевb>, асистент, инженер, магистър

Юлия Христофорова, инженер, докторант

Разширяване и плодотворно развитие на възникнало научноизследователско сътрудничество между Институт по Електроника – БАН, лаборатория „Биофотоника”, България и Самарски Национален Изследователски Университет „Акад. С.П. Королев”, Департамент по Лазерни и Биотехнически Системи, Руска Федерация, в областта на автофлуоресцентната, дифузно-отражателната и Раманова спектроскопия и топография и мултиспектралния анализ на кожни тумори. Разширяване на възможностите на съществуващите в двете организации експериментални спектроскопски практики и надграждане на натрупаните до момента бази данни за флуоресцентните и разсейвателните (Раманови) свойства на кожните патологии със средствата на мултивариативния анализ на спектрални данни и изображения за получаване на нови научни знания и оптимизация на диагностични алгоритми с приложимост в клинична среда. Обучение на млади учени и обмен на добри практики между партньорите за разработка и приложение на спектроскопски техники при анализ на кожни патологии in vivo.
Експериментални изследвания за разработка и оптимизация на оптоелектронен инструментариум, дискриминационни алгоритми и методология за мултиспектрален анализ и диагностика на кожни тъкани в норма и патология и тяхната апробация за внедряване в клиничната практика за ранна диагностика на кожни злокачествени новообразувания. Оптимизация на прилаганите спектроскопски техники за получаване на максимална диагностична точност при определяне на основните типове немеланомни кожни тумори и малигнен меланом, спрямо други пигментни и диспластични състояния на кожата.

ИЗПОЛЗВАНИ МЕТОДИ

Ще бъдат използвани методите на автофлуоресценцията и Рамановото разсейване за спектрален анализ ex vivo и in vivo и определяне на спектралните характеристики с диагностична значимост при доброкачествени, диспластични и злокачествени кожни патологии. Методите на дифузно- отражателната спектроскопия и колориметрия ще се използват за разширение на диагностичните възможности и ще се прилагат за пигментирани новообразувания, включително за малигнен меланом. Руските изследователи ще използват разработените от тях алгоритми за мултивариативен спектрален анализ на изображения и ще надградят възможностите на българския екип за анализ и диференциация на кожните патологии. Измерванията ще бъдат с фиброоптични сонди - едномерно точково сканиране (1-D), както и топографски (2-D) изображения с CCD камери с висока спектрална чувствителност на разпределението на автофлуоресцентния, разсеяния и дифузно-отразения сигнал от тъканите в норма и патология самостоятелно за всеки партньор и в общи експериментални сесии по време на партньорските визити. Спектралните техники на автофлуоресцентен и Раманов анализ ще бъдат интегрирани в обща система за мултиспектрален анализ на тъканите с цел получаване на оригинални експериментални данни за спектралните свойства на изследваните кожни обекти и последваща разработка и надграждане на алгоритми за диагностика и диференциация на кожни тумори.
Ще бъдат създадени комбинирани бази данни за автофлуоресцентните, Рамановите, отражателните и колориметричните свойства на основни кожни неоплазии и ще бъдат въведени компютърни методи за обработка – разработка на диагностични алгоритми за диференциация на основните типове злокачествени образования, по тип, степен на развитие и спрямо доброкачествени патологии. Спектралните данни и диагностични определяния ще бъдат сравнени и верифицирани с получавани по “златен стандарт” хистологични резултати.
Наскоро стартиралото сътрудничество между двете изследователски групи доведе до обмен на знания и идеи за оптимизация на провежданите спектрални измервания на кожни новообразувания, които са отразени в три съвместни публикации, излезли от печат в периода 2017-2019 г., което е индикатор за актуалността и важността на планираните съвместни изследвания.

Близка ИЧ – АФ ЕЕМ на различни кожни лезии при възбуждане в диапазона от 635 до 785 nm със стъпка 10 nm a) нормална кожа, (b) доброкачествен невус, (c) диспластичен невус, и (d) малигнен меланом.

   

   

ОЧАКВАНИ РЕЗУЛТАТИ

Ще бъдат развити и разширени научноизследователските контакти между партниращите организации и ще се постигне ъп-грейд на знанията, техническите и аналитични умения на учените от двата екипа в областта на мултивариативния флуоресцентен и Раманов спектрален анализ на кожни патологии. Ще се получат нови, оригинални експериментални резултати за спектралните свойства на различни типове доброкачествени, диспластични и злокачествени кожни новообразувания и ще се определи тяхната корелация - спектрални характеристики – тип и степен на развитие на новообразуванието, за нуждите на развитието на диагностично-прогностични клинични приложения в онкодерматологията. Ще се получат резултати, позволяващи повишение на диагностичната точност на определяне на типа кожно новообразувание неинвазивно и в реално време.
От българска страна ще бъде усъвършенствана създадената в предходни изследвания методика за автофлуоресцентна, дифузно-отражателна и колориметрична диагностика на тумори на кожата. Ще се получат нови знания и данни за Рамановите разсейвателни характеристики на кожните новообразувания. Ще се набере нова база данни в двумерен режим на детектиране, позволяваща получаване на спектрални изображения на кожните тумори. Апаратните и методологичните средства ще бъдат предклинично реализирани. Руският екип ще постигне оптимизация на методиката си за мултивариативен спектрален анализ на кожа in vivo, на базата на спектроскопските измервания на българския екип в режим автофлуоресценция и дифузно отражение и ще го комбинират с данните по Раманова спектроскопия на кожни неоплазии.
Научните резултати ще бъдат публикувани в специализирани международни издания и докладвани на конференции, необходими за популяризацията им и ще имат принос за цялостното израстване на участниците, членове на екипа на проекта. Разработените методики и алгоритми ще бъдат използвани в дисертационния труд на двама докторанти – по един от двата партниращи си екипа, подготовката на дипломната работа на двама студенти от българска страна за ОКС „Бакалавър”, и евентуално за „Магистър” като проведените изследвания и установеното сътрудничество ще са предпоставка за стартирането на докторантура в областта на комбинираното приложение на флуоресцентна и Раманова спектроскопия на кожни тъкани за един млад учен, с което ще се постигне устойчиво развитие на човешките ресурси в ИЕ-БАН в областта на биофотониката и приложенията й.