Laika izšķiršanas autofluorescences metodoloģija ādas vēža neinvazīvai diagnostikai

Projekta nosaukums: "Laika izšķiršanas autofluorescences metodoloģija ādas vēža neinvazīvai diagnostikai."

Projekta nosaukums angliski: “Time-resolved autofluorescence methodology for non-invasive skin cancer diagnostics.”

Projekta līguma numurs:  1.1.1.2/VIAA/1/16/014

Projekta vadītāja: Dr. fiz. Aleksejs Ļihačovs

Projekta sadarbības partneri:

• Vytautas Magnus Universitāte, Bioloģijas nodaļa, Biofizikas pētījumu grupa (Department of Biology, Vytautas Magnus University), Kauņa, Lietuva.

• Starptautiskais Lāzeru Centrs (International Laser Centre), Bratislava, Slovākija.

• Gēteborgas Universitāte, Ādas Izpētes Centrs, ķīmijas un molekulāras bioloģijas nodaļa (SkinResQU, Department of Chemistry & Molecular Biology, University of Gothenburg), Gēteborga, Zviedrija.

Projekta īstenošanas termiņš: 36 mēneši (1.01.2018. līdz 31.12.2020.)

Projekta kopējais finansējums: 133 805, 88 EUR

ERAF finansējums: 113 734,99 EUR 

Valsts budžeta finansējums: 13 380,58 EUR 

LU finansējums: 6 690,31 EUR

Projekta mērķis: Izstrādāt rentablu, inovatīvu, neinavazīvu metodoloģiju ādas vēža agrīnai diagnostikai un kontrolei. Diagnostisko procesu veidos audu kvantitatīvs un kvalitatīvs bioķīmiskās un fizioloģiskās funkcijas novērtējums, kombinējot lāzera ierosinātas autofluorescences (AF) sabrukšanas un AF fotoizbalēšanas metodes.

Projekta rezultāti: 2 oriģināli zinātniskie raksti ar augstu citēšanas indeksu, 4 konferenču tēzes, 1 populārzinātnisks raksts, 3 mobilitātes braucieni un zinātniskās tīklošanās.

Atsauce publicitātei (acknowledgement for publications): This work has been supported by European Regional Development Fund project “Time-resolved autofluorescence methodology for non-invasive skin cancer diagnostics” (No. 1.1.1.2/16/I/001, agreement No. 1.1.1.2/VIAA/1/16/014).

1. ceturksnis (01.01.2018- 31.03.2018)

Projekta uzsākšana un darba plāna pielāgošana jaunajam projekta uzsākšanas datumam. Līguma grozījumu sagatavošana. Projekta pirmais mēnesis tika uzsākts ar literatūras pētījumiem par tēmu kas ir saistīta ar projektu, proti – fluorescences fotoizbalēšanas mehānismi, reaktīvo skābekļa formu ģenerācija nepārtraukta optiskā starojuma ietekmē, autofluorescences kinētika nepārtrauktā ierosmē, ādas vēža optiskās diagnostiskās metodes un datu apstrāde un citi. Ir uzsākts darbs ar LU ASI esošo TCSPC (time correlated single photon counting) iekārtu, konkrēti uzsākts darbs ar mērķi uzlabot esošo metodi ādas fluorescences dzīves laika un fotoizbalēšanas parametru vienlaicīgai reģistrācijai.Tika novērtēta ietekme uz fotoizbalēšanas parametru aprēķinu atkarībā no laika vārtiem kas tiek subjektīvi izvelēti no fluorescences sabrukšanas sadalījuma. Ir veikti mērījumi lai atrastu optimālus parametrus in-vivo ādas autofluorescences dzīves laika un fotoizbalēšanas parametru reģistrācijai. Tiek pārbaudīta TCSPC iekārtas iespējas veikt atkārtotus mērījumus ar lielu atkārtošanas frekvenci (>10E-3-7 sek.). Papildus tām, tiek veikti ierīces testi izmantojot šaurjoslas filtrus, platjoslu filtrus un monohromātoru. Tika uzsākts darbs pie datu apstrādes skriptu izstrādes, lai varētu veikt rezultātu apstrādi un iegūtu sekojošus parametrus – fluorescences dzīves laiks, fotoizbalēšanas parametri un fluorescences intensitātes izmaiņas īsi pēc ierosmēs.

2. ceturksnis (01.04.2018- 30.06.2018)

Atskaites periodā tika veikta metodoloģijas pilnveidošana ādas lāzeru ierosinātas autoflurescences dzīves laika un fotoizbalēšanas parametru vienlaicīgai reģistrācijai. Tika pilnveidoti esošie datu apstrādes algoritmi, konkrēti tika uzlabota reģistrācijas laika izšķiršana. Tika piedāvāti inovatīvi datu apstrādes algoritmi, kas ļauj apskatīt ierosinātas autoflurescences parametrus (ierosinātā stāvokļa dzīves laiks, amplitūdas, fotoizbalēšanas ātrums) atkarībā no reģistrācijas laika vārtiem (time gate). Šāda pieeja ļauj reģistrēt neatkarīgus dinamiskus procesus, piemēram, dažādu dabisku fluoroforu autofluorescences parametrus. Konstatēts, ka veicot eksperimentus in-vivo uz cilvēka ādas, autoflurescences fotoizbalēšanas kinētikas dažādos laika vārtos ir atšķirīgas, kas netiešā veida raksturo ādas dabisko fluoroforu koncentrācijas un foto-ķimiskus procesus. Savukārt, gadījumos, kad kinētikas ir vienādas, tad rezultējošā kinētika tiek labi aprakstama ar mono eksponenciālu piedzīšanu. Šī fakts iespējams netiešā veidā liecina par dabisko fluoroforu skaitu, vai par atšķirīgiem foto-ķīmiskiem procesiem.Papildus tad tika veikti fotoizbalēšanas eksperimenti izmantojot post-mortal cūkas ādu. Konstatēts ka pēc lāzera izslēgšanas autofluorescences intensitāte neatjaunojas, bet turpina samazināties. Šīs rezultāts savukārt liecina par ķīmisko procesu kurš turpinās arī pēc lāzera izslēgšanas. Šajā periodā tika realizēts mobilitātes brauciens uz Vytautas Magnus Universitāti, Bioloģijas Nodaļu lai realizētu projekta uzdevumu T1.2. Mobilitātes laikā vairāku diskusiju (tīklošanās) rezultātā tika izstrādāts eksperimenta plāns lai noteiktu iespējamo korelāciju starp autoflurescences fotoizbalēšanas parametriem un brīvo radikāļu identificēšanu šūnu līmeni. Pieņemošā puse nodemonstrēja eksperimentu ar eksogēno sensibilizējošu vielu klātbūtni un to izraisīto foto-ķimisku reakciju ar turpmāko singlēta skābekļa ģenerāciju. Tika uzsākts darbs pie metodoloģijas izstrādes skābekļa aktīvo formu noteikšanai in-vitro.

3. ceturksnis (01.07.2018- 30.09.2018)

Atskaites periodā tika turpināta metodoloģijas pilnveidošana ādas lāzeru ierosinātas autoflurescences dzīves laika un fotoizbalēšanas parametru vienlaicīgai reģistrācijai. Tika realizēts vel viens mobilitātes brauciens uz Vytautas Magnus Universitāti, Bioloģijas Nodaļu lai realizētu projekta uzdevumu T1.2. Mobilitātes laikā vairāku diskusiju rezultātā tika izstrādāts eksperimenta plāns, atlasīti vajadzīgi reaģenti, šūnu kultūras, ierosmes un detektēšanas viļņa garumi. Tika izstrādāta mērījumu stratēģija lai korekti detektētu autofuorescences parametrus no šūnām un fluorescences emisijas parametrus no SOSG sensora. Rezultātā tika iesniegta konferenču tēze: Alexey Lihachev, Mindaugas Tamošiūnas, Saulius Šatkauskas, Vanesa Lukinsone, and Ilze Lihacova. Generation of reactive oxygen species during autofluorescence photobleaching in-vitro. Int. Conf. Laser Applications in Life Sciences (LALS) 2018.Tika turpināts darbs pie iekārtas sagatavošanas fluorescences dzīves laika un fotoizbalēšanas mērījumu veikšanai. Konkrēti, tika piemeklēti optiskie filtri un ierosmes viļņa garumi kas atbilst SOSG sensora absorbcijas joslai un fluorescences emisijas spektram. Nopublicēta tēze “Northern Optics 2018” konferences materiālos: Janis Spigulis, Uldis Rubins, Edgars Kviesis-Kipge, Andris Grabovskis, Aleksejs Lihacovs, Ilze Lihacova, Dmitrijs Bliznuks, Ilona Kuzmina, Ilze Oshina, Marta Lange. Advanced imaging technologies for distant assessment of in-vivo skin. Northern Optics & Photonics 2018, 12-14 September 2018, Conf. Proc., pp. 94. Pieejama: photonicsweden.org/wp-ontent/uploads/NorthernOptics2018_proceedings.pdf