Лазерный мир

Как современные методы исследований улучшат качество диагностики

Российские ученые разработали новый высокоточный метод диагностики мужского бесплодия, который выявляет аномалии, незамеченные при стандартном анализе спермы. Новый способ позволит не только выявлять патологию, но и глубже понять ее причины. Для анализа специалисты применили метод рамановской спектроскопии — изучение вещества по спектру отраженного луча лазера. Они выявили различия в химическом составе здоровых и проблемных образцов. Результаты помогут улучшить диагностику бесплодия и найти новые способы лечения, полагают эксперты. При этом они отмечают, что для массового внедрения технологии нужно доступное оборудование.

Методы диагностики бесплодия

По данным Всемирной организации здравоохранения, с бесплодием сталкиваются порядка 15% пар репродуктивного возраста. И почти в половине случаев причиной становится мужской фактор. Решая эту проблему, ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН и НМИЦ акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова разработали новый высокоточный способ диагностики мужского бесплодия.

Как сообщили специалисты, предложенный алгоритм заключается в применении лазерных технологий при анализе спермы. А именно рамановской спектроскопии — метода, который позволяет с помощью мощного направленного луча света (лазера) «увидеть» отдельные молекулы вещества, а также разглядеть их состав.

— Семенная жидкость составляет 95% эякулята. Это сложная смесь выделений из нескольких источников, включая клетки яичек, придатки яичек, семенные пузырьки, предстательную железу и различные железы. В настоящее время всё больше данных свидетельствует, что она играет важнейшую роль в регулировании функций сперматозоидов и, следовательно, влияет на мужскую фертильность, — рассказала научный сотрудник Лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины Физического института имени П.Н. Лебедева РАН Елена Римская.

В частности, семенная жидкость улучшает качество и подвижность сперматозоидов, поддерживает их жизнеспособность, обеспечивает защиту от внешних стрессовых факторов и регулирует ключевые физиологические процессы. Кроме того, она содержит множество биохимических компонентов, которые могут служить маркерами фертильности, пояснила она.

Традиционные подходы к диагностике мужского бесплодия включают в себя сбор подробного анамнеза, гормональное обследование и спермограмму, которая определяет общий объем семенной жидкости, количество в ней сперматозоидов, их форму, подвижность и концентрацию, рассказала специалист. Такие исследования позволяют определить состояние эякулята, но не дают возможности выявить отклонения, которые происходят на молекулярном уровне, и установить основные причины патологии.

— Существует необходимость в более сложных диагностических инструментах, которые позволят лучше выявлять предпосылки мужского бесплодия. Рамановская спектроскопия позволяет анализировать молекулярный состав, выявляя даже незначительные отклонения, которые остаются незамеченными при стандартных исследованиях, — объяснила Елена Римская.

Как определить химический состав спермы

Предложенный метод заключается в том, что лазерный луч направляют на материал и при отражении частота колебаний частиц света немного меняется, отметила ученый. Эти отклонения для каждого вещества уникальны, как отпечатки пальцев». Поэтому специалисты, анализируя их, понимают, из каких молекул оно состоит.

По словам эксперта, рамановская спектроскопия не требует разрушения материала. Поэтому ее широко применяют в медицине, химии и даже криминалистике. В исследовании эта технология помогла определить тончайшие различия в химическом составе нормальных и проблемных образцов.

— В ходе работы были выделены три ключевых компонента, которые содержатся в сперме. Это тирозин, гексагидрат фосфата спермина и богатый белком компонент. На основе анализа 70 образцов было обнаружено, что спектры нормальных и аномальных образцов значительно различаются. Это позволило разделить их с точностью 95%, — поделилась ученый.

Фото: пресс-служба ФИАН

Полученные результаты подтверждают, что метод может стать мощным инструментом для диагностики мужского бесплодия, сообщила Елена Римская. Также он дает возможность проводить анализ много раз и отслеживать изменения в составе семенной плазмы в процессе лечения. Это открывает новые пути для персонализированной медицины.

— Предложенный метод отличается оперативностью и не требует сложной подготовки проб. Тогда как в традиционных клинических анализах (как исследование крови или других биологических жидкостей) необходимо выполнить много подготовительных этапов, — рассказал «Известиям» профессор кафедры лазерных и биотехнических систем Самарского университета Иван Братченко.

В случае рамановской спектроскопии достаточно направить лазерное излучение на образец, чтобы получить полную информацию о его биохимическом составе, пояснил он. Это делает метод более удобным по сравнению с аналогами.

При этом он подчеркнул, что для массового внедрения технологии нужно доступное соответствующее оборудование. Также необходима разработка сложных математических алгоритмов для корректной интерпретации полученных спектральных данных.

— Рамановская спектроскопия, открытая еще в 1928 году, стала одним из самых распространенных методов анализа вещества. Она применяется в разных областях: от исследования минералов до характеризации новых материалов. Существуют даже компактные спектрометры с готовыми библиотеками соединений для быстрой идентификации веществ, — сообщил старший научный сотрудник Лаборатории спектроскопии конденсированных сред Института Институт автоматики и электрометрии СО РАН.

Конкретно в биомедицине метод находит применение, к примеру, в онкологических исследованиях, где помогает анализировать изменения в составе раковых клеток, отметил ученый. Перспективны также работы по изучению живых клеток и состава биологических жидкостей.

— В исследовании впервые показана четкая связь между молекулярным составом плазмы и качеством спермы по критериям ВОЗ. Причем на значительном количестве клинического материала. Ранее рамановскую спектроскопию применяли к сперматозоидам или тканям, но не к семенной плазме в столь строгом дизайне и масштабах, — прокомментировал руководитель Центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета, член-корреспондент Академии наук Республики Татарстан Альберт Ризванов.

По его словам, в отличие от традиционных подходов предложенный метод обеспечивает высокую чувствительность, специфичность и воспроизводилось анализа, что позволяет точно классифицировать образцы и проводить тонкую диагностику. Однако широкое применение рамановской спектроскопии ограничено высокой стоимостью оборудования, сложностью интерпретации данных и необходимостью подготовки квалифицированного персонала.

Источник: https://iz.ru/1920417/andrei-korshunov/analiz-sdannyh-s-pomoshchyu-lazera-pochti-na-100-opredelyat-prichinu-besplodiya-u-muzhchin