Исследователи Сколтеха и Медицинского отделения Техасского университета (США) показали, как при помощи оптоакустического метода можно отслеживать содержание воды в коже. Предложенный метод имеет широкие перспективы применения в медицине, в частности, в травматологии, дерматологии и в косметологии. Результаты исследования опубликованы в Journal of Biophotonics.
Избыток или, наоборот, нехватка воды в кожном покрове человека может быть признаком различных патологий, например, отека, вызванного скоплением жидкости, или обезвоживания, которое также может вызывать проблемы, в том числе косметического характера. Сейчас для мониторинга содержания воды в коже используются электрические, механические и спектроскопические методы, однако точных неинвазивных методов, которые удовлетворяли бы клиническим требованиям по разрешающей способности и глубине зондирования, до сих пор не существует.
Аспирант Центра Сколтеха по фотонике и квантовым материалам (CPQM) Сергей Перков и его коллеги решили проверить, может ли оптоакустический метод применяться в клинической практике. В процессе оптоакустического мониторинга ткань подвергают воздействию импульсного светового излучения. При поглощении излучения происходит термоупругое расширение ткани, которое служит источником ультразвукового сигнала. Предыдущие исследования показали, что метод оптоакустической спектроскопии позволяет определять содержание гемоглобина, меланина и воды в тканях. В данной работе исследователи решили выяснить, можно ли этот метод использовать на моделях (фантомах) тканей и на коже добровольца in vivo.
«Метод оптоакустической спектроскопии безопасен для клинического использования, поскольку количество поглощаемой биологической тканью энергии, необходимой для детекции акустического сигнала, относительно невелико. Преимущество оптоакустической спектроскопии в сравнении с другими оптическими методами заключается в том, что лазерное излучение необходимо доставить до поглощающего его участка ткани (области интереса), который в дальнейшем является источником ультразвукового сигнала (в мегагерцовой области), ослабление которого биологических тканях не столь значительно, по сравнению со светом. При использовании чисто оптических методов лазерное излучение (рассеянное или отраженное) несущее полезную информацию об объекте должно пройти обратный путь от области интереса до оптического детектора, что сопровождается существенными потерями», − поясняет соавтор статьи, профессор Сколтеха Дмитрий Горин.
Исследователи приготовили двухслойные модели (фантомы) ткани кожи из желатина и молока, а в некоторых из них, изменив содержание воды, имитировали отек под эпидермисом. Они также протестировали оптоакустический метод на запястьях здорового добровольца без признаков отека. Полученные данные хорошо согласуются с ранее опубликованными данными о содержании воды в коже, полученными другими методами. Исследователям также удалось определить оптимальные длины волн для оптоакустического мониторинга содержания воды в коже.
На следующем этапе исследователи планируют провести аналогичные эксперименты in vivo на реальных отеках, а также использовать несколько длин волн лазера для генерации сигнала, чтобы попытаться получить количественную оценку количества воды в различных слоях кожи. Дальнейшие исследования будут проводиться в сотрудничестве с профессором Медицинского отделения Техасского университета (UTMB Galveston) Ринатом Есеналиевым.
*****
Сколтех – негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях.
