Перспективы применения метода спектроскопии комбинационного рассеяния света (рамановской спектроскопии) в кардиологии

Спектроскопия комбинационного рассеяния света (КР-спектро-скопия; спектроскопия КР) является перспективным методом диагностики, обладающим информативностью и чувствительностью. Кроме того, КР-спектроскопия является неразрушающим и минимально-инвазивным методом, а также требующим минимальной пробоподготовки, что открывает широкие перспективы применения in vitro и in vivo. У данного метода существует ряд возможностей будущего применения в кардиологии. С помощью КР-спектроско-пии возможно идентифицировать ранее изученные маркеры сердечно-сосудистых заболеваний, а также производить поиск новых. Спектроскопия КР является чувствительным методом выявления и биохимической оценки атеросклеротических поражений сосудов на ранних этапах и может использоваться in vivo. Большой интерес представляет возможность использования спектроскопии КР с целью контроля количества элюируемого вещества из внутрисосудистых стентов для оценки клинической эффективности. При исследовании мембран тромбоцитов с помощью метода КР-спектроскопии выявлены структурные изменения у пациентов с артериальной гипертензией. С помощью данного метода возможна оценка жизнеспособности миокарда в пограничной зоне после инфаркта миокарда, причем полученные данные коррелируют с интраоперационной картиной. Подробнее о перспективах применения метода будет раскрыто в тексте обзора.

1. Timmis A, Gale CP, Flather M, et al. Cardiovascular disease statistics from the European atlas: inequalities between high- and middle-income member countries of the ESC. Eur Heart J Qual Care Clin Outcomes. 2018;4(1):1-3. doi:10.1093/ehjqcco/qcx045.

2. Collaborators GBDR. The burden of disease in Russia from 1980 to 2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet. 2018;392(10153):1138-46. doi:10.1016/S0140-6736(18)31485-5.

3. Росстат. Число умерших по основным классам причин смерти 2019. Available from: http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/population/demography/#.

4. Moore TJ, Moody AS, Payne TD, et al. In Vitro and In Vivo SERS Biosensing for Disease Diagnosis. Biosensors (Basel). 2018;8(2). doi:10.3390/bios8020046.

5. Germond A, Kumar V, Ichimura T, et al. Raman spectroscopy as a tool for ecology and evolution. J R Soc Interface. 2017; 14(131): 20170174. doi:10.1098/rsif.2017.0174.

6. Brozek-Pluska B, Kopec M, Surmacki J, et al. Raman microspectroscopy of noncancerous and cancerous human breast tissues. Identification and phase transitions of linoleic and oleic acids by Raman low-temperature studies. Analyst. 2015;140(7):2134-43. doi:10.1039/c4an01877j.

7. Langer J, Jimenez de Aberasturi D, et al. Present and Future of Surface Enhanced Raman Scattering. ACS Nano. 2019. doi:10.1021/acsnano.9b04224.

8. da Costa SG, Richter A, Schmidt U, et al. Confocal Raman microscopy in life sciences. Morphologie. 103(341):11-6. doi:10.1016/j.morpho.2018.12.003.

9. Jia M, Li S, Zang L, et al. Analysis of Biomolecules Based on the Surface Enhanced Raman Spectroscopy. Nanomaterials (Basel). 2018; 15;8(9). pii: E730. doi:10.3390/nano8090730.

10. Li M, Cushing SK, Wu N. Plasmon-enhanced optical sensors: a review. Analyst. 2015;140(2):386-406. doi:10.1039/c4an01079e.

11. Brozek-Pluska B, Musial J, Kordek R, et al. Analysis of Human Colon by Raman Spectroscopy and Imaging-Elucidation of Biochemical Changes in Carcinogenesis. Int J Mol Sci. 2019;20(14). doi:10.3390/ijms20143398.

12. Radziuk D, Moehwald H. Prospects for plasmonic hot spots in single molecule SERS towards the chemical imaging of live cells. Phys Chem Chem Phys. 2015;17(33):21072-93. doi:10.1039/c4cp04946b.

13. Beleites C1, Bonifacio A, Codrich D, et al. Raman spectroscopy and imaging: promising optical diagnostic tools in pediatrics. Curr Med Chem. 2013;20(17):2176-87. doi:10.2174/0929867311320170003.

14. Atkins CG, Buckley K, Blades MW, et al. Raman Spectroscopy of Blood and Blood Components. Appl Spectrosc. 2017;71(5):767-93. doi:10.1177/0003702816686593.

15. Krafft C, Popp J. The many facets of Raman spectroscopy for biomedical analysis. Anal Bioanal Chem. 2015;407(3):699-717. doi:10.1007/s00216-014-8311-9.

16. Windgassen EB1, Funtowicz L, Lunsford TN, et al. C-reactive protein and high-sensitivity C-reactive protein: an update for clinicians Postgrad Med. 2011; 123(1):114-9. doi:10.3810/pgm.2011.01.2252.

17. Guo W, Hu Y, Wei H. Enzymatically activated reduction-caged SERS reporters for versatile bioassays. Analyst. 2017;142(13):2322-6. doi:10.1039/c7an00552k.

18. McKie PM, Burnett JC, Jr. NT-proBNP: The Gold Standard Biomarker in Heart Failure. J Am Coll Cardiol. 2016;68(22):2437-9. doi:10.1016/j.jacc.2016.10.001.

19. He Y, Wang Y, Yang X, et al. Metal Organic Frameworks Combining CoFe2O4 Magnetic Nanoparticles as Highly Efficient SERS Sensing Platform for Ultrasensitive Detection of N-Terminal Pro-Brain Natriuretic Peptide. ACS Appl Mater Interfaces. 2016;8(12):7683-90. doi:10.1021/acsami.6b01112.

20. Danese E, Montagnana M. An historical approach to the diagnostic biomarkers of acute coronary syndrome.Ann Transl Med. 2016; 4(10):194. doi:10.21037/atm.2016.05.19.

21. El-Said WA, Fouad DM, El-Safty SA. Ultrasensitive label-free detection of cardiac biomarker myoglobin based on surface-enhanced Raman spectroscopy. Sensor Actuat B-Chem. 2016;228:401-9. doi:10.1016/j.snb.2016.01.041.

22. Papadopoulos N, Lennartsson J. The PDGF/PDGFR pathway as a drug target. Mol Aspects Med. 2018;62:75-88. doi:10.1016/j.mam.2017.11.007.

23. Folestad E, Kunath A, Wagsater D. PDGF-C and PDGF-D signaling in vascular diseases and animal models. Mol Aspects Med. 2018;62:1-11. doi:10.1016/j.mam.2018.01.005.

24. Yang H, Zhao C, Li R, et al. Noninvasive and prospective diagnosis of coronary heart disease with urine using surface-enhanced Raman spectroscopy. Analyst. 2018;143(10):2235-42. doi:10.1039/c7an02022h.

25. Chon H, Lee S, Yoon SY,et al. SERS-based competitive immunoassay of troponin I and CK-MB markers for early diagnosis of acute myocardial infarction. Chem Commun (Camb). 2014;50(9):1058-60. doi:10.1039/c3cc47850e.

26. Chen YX, Chen MW, Lin JY, et al. Label-Free Optical Detection of Acute Myocardial Infarction Based on Blood Plasma Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. J Appl Spectrosc+. 2016;83(5):798-804. doi:10.1007/s10812-016-0366-2.

27. Saeed B, Banerjee S, Brilakis ES. Slow flow after stenting of a coronary lesion with a large lipid core plaque detected by near-infrared spectroscopy. EuroIntervention. 2010;6(4):545. doi:10.4244/EIJ30V6I4A90.

28. Matthaus C, Dochow S, Egodage KD, et al. Detection and characterization of early plaque formations by Raman probe spectroscopy and optical coherence tomography: an in vivo study on a rabbit model. J Biomed Opt. 2018;23(1):1-6. doi:10.1117/1.JBO.23.1.015004.

29. Suter MJ1, Nadkarni SK, Weisz G, et al. Intravascular optical imaging technology for investigating the coronary artery. JACC Cardiovasc Imaging. 2011;4(9):1022-39. doi:10.1016/j.jcmg.2011.03.020.

30. MacRitchie N, Grassia G, Noonan J, et al. Molecular imaging of atherosclerosis: spotlight on Raman spectroscopy and surface-enhanced Raman scattering. Heart. 2018;104(6):460-7. doi:10.1136/heartjnl-2017-311447

31. You AF, Bergholt MS, St-Pierre JP, et al. Raman spectroscopy imaging reveals interplay between atherosclerosis and medial calcification in the human aorta. Sci Adv. 2017;3(12):e1701156. doi:10.1126/sciadv.1701156.

32. Dixon SR, Grines CL, Munir A, et al. Analysis of target lesion length before coronary artery stenting using angiography and near-infrared spectroscopy versus angiography alone. Am J Cardiol. 2012;109(1):60-6. doi:10.1016/j.amjcard.2011.07.068.

33. Noonan J, Asiala SM, Grassia G, et al. In vivo multiplex molecular imaging of vascular inflammation using surface-enhanced Raman spectroscopy. Theranostics. 2018;8(22):6195-209. doi:10.7150/thno.28665.

34. Bowey K, Tanguay JF, Sandros MG, et al. Microwave-assisted synthesis of surface-enhanced Raman scattering nanoprobes for cellular sensing. Colloids Surf B Biointerfaces. 2014;122:617-22. doi:10.1016/j.colsurfb.2014.07.040.

35. Chandra P, Mahajan AU, Bulani VD, et al. Pharmacokinetic Study of Sirolimus-Eluting BioResorbable Vascular Scaffold System for Treatment of De Novo Native Coronary Lesions: A Sub-Study of MeRes-1 Trial. Cardiol Res. 2018;9(6):364-9. doi:10.14740/cr799.

36. Balss KM, Long FH, Veselov V, et al. Multivariate analysis applied to the study of spatial distributions found in drug-eluting stent coatings by confocal Raman microscopy. Annal Chem. 2008;80(13):4853-9. doi:10.1021/ac7025767.

37. Garcia-Rubio DL, de la Mora MB, Badillo-Ramirez I, et al. Analysis of platelets in hypertensive and normotensive individuals using Raman and Fourier transform infrared-attenuated total reflectance spectroscopies. J Raman Spectrosc. 2019;50(4):509-21. doi:10.1002/jrs.5540.

38. Cerecedo D, Martinez-Vieyra I, Sosa-Peinado A, et al. Alterations in plasma membrane promote overexpression and increase of sodium influx through epithelial sodium channel in hypertensive platelets. Bba-Biomembranes. 2016;1858(8):1891-903. doi:10.1016/j.bbamem.2016.04.015.

39. Rubina S, Krishna CM. Raman spectroscopy in cervical cancers: an update. J Cancer Res Ther. 2015;11(1):10-7. doi:10.4103/0973-1482.154065.

40. Patel P, Ivanov A, Ramasubbu K. Myocardial Viability and Revascularization: Current Understanding and Future Directions. Current atherosclerosis reports. 2016;18(6):32. doi:10.1007/s11883-016-0582-5

41. Ker WDS, Nunes THP, Nacif MS, et al. Practical Implications of Myocardial Viability Studies. Arq Bras Cardiol. 2018;110(3):278-88. doi:10.5935/abc.20180051.

42. Bonow RO, Maurer G, Lee KL, et al. Myocardial viability and survival in ischemic left ventricular dysfunction. N Engl J Med. 2011;28;364(17):1617-25. doi:10.1056/NEJMoa1100358.

43. Yamamoto T, Minamikawa T, Harada Y, et al. Label-free Evaluation of Myocardial Infarct in Surgically Excised Ventricular Myocardium by Raman Spectroscopy. Sci Rep. 2018;8(1):14671. doi:10.1038/s41598-018-33025-6.

44. Birech Z, Mwangi PW, Bukachi F, et al. Application of Raman spectroscopy in type 2 diabetes screening in blood using leucine and isoleucine amino-acids as biomarkers and in comparative anti-diabetic drugs efficacy studies. PLoS One. 2017;12(9):e0185130. doi:10.1371/journal.pone.0185130.

45. Loomis SJ, Li M, Maruthur NM, et al. Genome-Wide Association Study of Serum Fructosamine and Glycated Albumin in Adults Without Diagnosed Diabetes: Results From the Atherosclerosis Risk in Communities Study. Diabetes. 2018;67(8):1684-96. doi:10.2337/db17-1362.

46. Dingari NC, Horowitz GL, Kang JW, et al. Raman spectroscopy provides a powerful diagnostic tool for accurate determination of albumin glycation. PLoS One. 2012;7(2):e32406. doi:10.1371/journal.pone.0032406.

47. Gonzalez-Solis JL, Villafan-Bernal JR, Martinez-Zerega BE, et al. Type 2 diabetes detection based on serum sample Raman spectroscopy. Lasers Med Sci. 2018;33(8):1791-7. doi:10.1007/s10103-018-2543-4.

48. Li D-W, Zhai W-L, Li Y-T, et al. Recent progress in surface enhanced Raman spectroscopy for the detection of environmental pollutants. Microchimica Acta. 2013;181(1-2):23-43. doi:10.1007/s00604-013-1115-3.

49. Никельшпарг Э. И. SERS — изучение цитохрома в живых митохондриях. Природа. 2016(3):17-25.