Физики из МГУ совместно с коллегами с кафедры физиологии кожи клиники Шарите (Германия) предложили альтернативу биопсии, которую проводят для постановки точного диагноза в дерматологии и иммунологии. Ученые выяснили, что определить причину заболевания и степень его тяжести можно при помощи двухфотонной микроскопии. Ее принцип похож на МРТ и дает возможность получить результат сразу после обследования. Работа опубликована в журнале Scientific Reports. Исследование поддержано грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).

Покоящаяся и активированная тучные клетки. Исто...

Покоящаяся и активированная тучные клетки. Источник: Евгений Ширшин/МГУ

При аллергии и заболеваниях кожи врачи не всегда могут выявить их причину после осмотра. Чтобы поставить правильный диагноз и назначить лечение, проводится биопсия. У пациента берут кусочек кожи и исследуют при помощи иммуногистохимического анализа — образцы обрабатываются реактивами с антителами. Если в них есть антиген, антитело прикрепляется к нему и ткань в этом месте окрашивается. Сегодня это единственный способ изучения состояния клеток кожи при дерматологических заболеваниях и аллергии. Но у него есть свои минусы: пациентам с плохой свертываемостью крови нельзя проводить биопсию, так как это хирургическое вмешательство, связанное с кровотечением. Исследование же может длиться от 7 до 14 дней — если нужно провести дополнительные анализы и сразу не получается получить точный результат. Из-за этого невозможно быстро поставить правильный диагноз и назначить лечение, а также контролировать состояние клеток кожи в режиме реального времени.

Чтобы найти более удобный и быстрый способ, авторы работы изучили поведение тучных клеток. Они находятся в верхнем слое кожи и всех тканях организма, являются частью иммунной системы и участвуют в развитии некоторых воспалительных процессов. Когда аллерген попадает в организм человека, он встречается с этими клетками, а они выделяют вещества, такие как гистамин и гепарин. Соединения вызывают ответную реакцию в виде разжижения крови, отека тканей и зуда. Для организма это сигнал о контакте с аллергеном. Тучные клетки, как и все остальные в нашем организме, флуоресцируют («светятся») в ответ на облучение. Времена затухания флуоресценции у активированных клеток, которые выделили вещества после взаимодействия с аллергеном, и тех, которые находятся в состоянии покоя, отличаются. Зная параметры флуоресценции в двух состояниях, можно определить, на какой стадии находится заболевание и есть ли оно.

«Предложенный нами способ заключается в том, что мы подаем свет на кожу человека и получаем обратный сигнал от тучных клеток. Исследование проводится при помощи двухфотонного томографа, который помогает наблюдать за состоянием кожи на разной глубине. Мы берем во внимание только время жизни флуоресценции и количество тучных клеток, так как их концентрация зависит от заболевания. Если они находятся в состоянии покоя, то излучают свет дольше. Если встретились с аллергеном, то стали «пустыми» и флуоресцируют быстрее. Новизна нашего исследования в том, что врач может в режиме реального времени получать информацию о состоянии тучных клеток и наблюдать за тем, как протекает болезнь. Кроме этого, использование томографа безвредно и нетравматично», — отмечает Евгений Ширшин, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

На первом этапе исследования ученые взяли образцы кожи здоровых людей, пациентов с аллергией и больных мастоцитозом — кожным заболеванием, вызванным накоплением большого количества тучных клеток. На образцы подавали излучение с длиной волны 760 нм и считывали время свечения тучных клеток в ответ на облучение. В этом спектре излучение не будет перекрываться флуоресценцией от других компонентов кожи. Тучные клетки, находящиеся в состоянии покоя, излучали свет в три раза дольше, чем активированные. Удалось выяснить, что у пациентов с аллергией количество активированных клеток больше, чем у здоровых. А у больных мастоцитозом оно не сильно отличается от показателей здоровых пациентов. Также исследователи провели традиционный иммуногистохимический анализ. Результаты двух исследований выявили в образцах активированные клетки, что согласуется с данными, полученными новым способом. Это подтвердило возможность использовать двухфотонную томографию наряду с существующими методами диагностики.

В завершении исследований ученые проанализировали кожу добровольцев in vivo. В нем приняли участие трое больных мастоцитозом и четыре пациента с аллергией. На кожу подавали излучение, вызывающее «свечение» тучных клеток. Изображение фиксировали и анализировали, есть ли там активированные и находящиеся в состоянии покоя тучные клетки и их количества. Для этого использовали данные о свечении, полученные во время исследования образцов кожи. Результаты показали, что двухфотонная томография способна так же успешно выявлять заболевания, как и лабораторные исследования.

Разработанный метод может стать важным инструментом диагностики. Для более точного анализа необходимо создать модель поведения тучных клеток при других кожных заболеваниях — это авторы планируют сделать на следующем этапе работы.