ВЛИЯНИЕ ИММЕРСИОННОГО ПРОСВЕТЛЕНИЯ НА ФРАКТАЛЬНЫЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ

Важным параметром биологической ткани является степень ее неоднородности (анизотропии) [15, 45, 51, 52]. Для большинства биологических тканей значение фактора анизотропии составляет 0,9 [15, 45]. Поэтому световое излучение, падающее на них, не способно проникать глубоко в биологической ткани. Для повышения качества визуализации биологической ткани с целью выявления и гипертермии злокачественных новообразований используются различные иммерсионные агенты, например, 40% растворы глюкозы [1, 6, 9, 10, 13], глицерина [9]. Эти вещества позволяют согласовать показатели преломления коллагеновых волокон, из тканей, и внутритканевой жидкости. При согласовании показателей преломления наблюдается снижение коэффициента рассеяния ткани и рост ее полного пропускания. При увеличении полного пропускания ткани увеличивается и глубина проникновения излучения в ткань, что и обеспечивает более качественную визуализацию ее состояния.
Для гипертермии злокачественных новообразований могут быть использованы золотые наночастицы [55-69]. Некоторые из них обладают пиком плазмонного резонанса на длине волны 808 нм, что соответствует так называемому «окну прозрачности» биоткани.
В соответствии с этим, цель работы – изучение динамики изменений фрактальных и спектральных свойств биотканей в условиях иммерсионного просветления.

Содержание
Введение...3
Глава 1. Обзор литературы…4
Глава 2. Строение некоторых биотканей…7
2.1. Печень…7
2.2. Эпителиальная ткань…9
2.3. Мышечная ткань……15
2.4. Почка…17
Глава 3. Материалы и методы...21
3.1. Ткани и иммерсионные агенты...21
3.2. Методы исследований и оборудование...21
Результаты и обсуждение...23
Глава 4. Влияние иммерсионного просветления на фрактальные свойства биологических тканей...23
4.1. Фрактальные свойства спеклов нормальной ткани...23
4.2. Фрактальные свойства спеклов нормальной ткани с наночастицами ...27
4.3. Фрактальные свойства спеклов опухолевых тканей...32
Глава 5. Влияние иммерсионного просветления на спектральные свойства биологических тканей...34
5.1. Спектры полного пропускания нормальных тканей при просветлении 40% раствором глюкозы...34
5.2. Спектры полного пропускания нормальных тканей при просветлении 40% раствором глицерина...38
5.3. Спектры полного пропускания нормальных тканей при просветлении 40% раствором витамина B2...42
5.4. Спектры полного пропускания опухолевых тканей...46
Заключение...49
Литература...50

Работа является чисто экспериментальной. Включает в себя сведения о некоторых типах ткани, понятия факталов и фрактальной размерности и влияния на них иммерсионного просветления в присутствии и отсутствии коллоидного золота как для нормальной ткани, так и для опухоли почки человека, перевиваемой крысе (опухолевые ткани). Также работа содержит сведения о влиянии некоторых агентов на спектры полного пропускания выбранных типов биотканей. Работа защищена на оценку отлично.

1)Башкатов А.Н., Генина Э.А., Синичкин Ю.П., Кочубей В.И., Лакодина Н.А., Тучин В.В. Определение коэффициента диффузии глюкозы в склере глаза человека // Биофизика. – 2003. – Т. 48. - Вып. 2. - С. 309-313.
2)Генина Э.А., Башкатов А.Н., Кочубей В.И., Тучин В.В. Оптическое просветление твердой мозговой оболочки человека // Оптика и спектроскопия. – 2005. – Т. 98. - № 3. - С.515-521.
3)Генина Э.А., Башкатов А.Н., Кочубей В.И., Тучин В.В., Чикина Е.Э., Князев А.Б., Мареев О.В. Оптические свойства слизистой оболочки в спектральном диапазоне 350 – 2000 нм // Оптика и спектроскопия. – 2004. – Т. 97. - № 6. - С. 1043-1048.
4)Максимова И.Л., Зимняков Д.А., Тучин В.В. Управление оптическими свойствами биоткани. I. Спектральные характеристики склеры глаза // Оптика и спектроскопия. – 2000. – Т. 89. - № 1. - С. 86-95.
5)Папаев А.В., Симоненко Г.В., Тучин В.В., Денисова Т.П. Оптическая анизотропия биотканей в условиях иммерсионного просветления и без него // Оптика и спектроскопия. – 2006. – Т. 101. - № 1. - С. 50-57.
6)Тучин В.В., Башкатов А.Н., Генина Э.А., Синичкин Ю.П., Лакодина Н.А. In vivo исследование динамики иммерсионного просветления кожи человека // Письма в ЖТФ. – 2001. – Т. 27. - Вып. 12. - С. 10-14.
7)Иванов А.П., Барун В.В., Петрук В.Г. Спектральный коэффициент отражения света как средство неинвазивной диагностики структурных и биофизических параметров кожи // Saratov Fall Meeting. – 2006. - С. 26-37.
8)Барун В.В., Иванов А.П., Волотовская А.В., Улащик В.С., Сорокина Ю.Л., Сторожик Е.Т. Моделирование глубины проникновения света и спектров поглощения нормальной и патологически измененной кожи // Saratov Fall Meeting. – 2006. - С. 37-48.
9)Орехова Е.В., Кузнецова Н.В., Чернова С.П., Правдин А.Б. Спектральные измерения диффузного отражения кожи in vivo при транскутанном введении просветляющего агента // Saratov Fall Meeting. – 2000. - С. 23-27.
10)Меглинский И.В., Башкатов А.Н., Генина Э.А., Чурмаков Д.Ю., Тучин В.В. Исследование возможности увеличения глубины зондирования методом отражательной конфокальной микроскопии при иммерсионном просветлении поверхностных слоев кожи человека // Квантовая Электроника. – 2002. – Т. 32. - № 10. - С. 875-882.
11)Кузьмина М.Ю., Генина Э.А., Башкатов А.Н., Тучин В.В. Исследование динамики диффузии индоцианина зеленого в коже // Saratov Fall Meeting. – 2006. - С. 48-56.
12)Симоненко Г.В., Папаев А.В., Малинова Л.И., Кирилова Е., Тучин В.В. Структура динамики иммерсионного просветления биотканей // Saratov Fall Meeting. – 2006. - С. 56-60.
13)Мигачева Е.В., Правдин А.Б. Экспериментальное изучение динамики спектров автофлуоресценции кожи при оптическом просветлении // Saratov Fall Meeting. – 2005. - С. 17-21.
14)Панков С.С., Башкатов А.Н., Генина Э.А., Тучин В.В. Исследование динамики диффузии метиленового синего в кожу // Saratov Fall Meeting. – 2005. - С. 72-76.
15)Иванов А.П., Барун В.В. Спектры отражения света как средство диагностики структурных и биофизических параметров кожи // Оптика и спектроскопия. – 2008. – Т. 104. - № 2. - С. 344-351.
16)Choi B., Minler T.E., Kim J., Goodman J.N., Vargas G., Aguilas G., Nelson J.S. Use of optical coherence tomography to monitor biological tissue freezing during cryosurgery // J. Biomed. Opt. – 2004. – Vol. 9. – Iss. 2. - P. 282-286.
17)Pan Y.T., Wu Z.L., Yuan Z.J., Wang Z.G., Du C.W. Subsellular imaging of epithelium with time – lapse optical coherence tomography // J. Biomed. Opt. – 2007. – Vol. 12. – Iss. 5. - doi:10.1117/1.2800007.
18)Ушакова О.В. Развитие спектрально-поляризационных и когерентно-оптических методов зондирования фиброзных биотканей // Автореф. … дисс канд. наук. - Саратов, 2007.
19)Holman H.-Y.N., Bjornstad K.A., Martin M.C., McKinney W.R., Blakely E.A., Blankenberg F.G. Mid-infrared reflectivity of experimental atheromas // J. Biomed. Opt. – 2008. – Vol. 13. – Iss. 3. - doi:10.1117/1.2937469.
20)Генина Э.А., Башкатов А.Н., Кочубей В.И., Тучин В.В., Альтшулер Г.Б. In vivo исследование взаимодействия индоцианина зеленого с эпидермисом человека // Письма в ЖТФ. – 2001. – Т. 27. - Вып. 14. - С. 63-67.
21)Пфейфер П. Взаимодействие фракталов с фракталами: адсорбция полистирола на пористой поверхности Al2O3 // Фракталы в физике. - Труды VI международного симпозиума по фракталам в физике. - Под ред. Пьетроперо Л., Тозитти Э. – М.: Мир. – 1988. - С. 62-71.
22)Джейкмен Э. Рассеяние на фракталах // Фракталы в физике. - Труды VI международного симпозиума по фракталам в физике. - Под ред. Пьетроперо Л., Тозитти Э. – М.: Мир. – 1988. - С. 82-97.
23)Божокин С.В., Паршин Д.А. Фракталы и мультифракталы // Ижевск: НИЦ Регулярная и хаотическая динамика. – 2001. - 128 с.
24)Шредер М. Фракталы, хаос, степенные ряды. Миниатюры из бесконечного рая // НИЦ Регулярная и хаотическая динамика. – 2001. - 528 с.
25)Кроновер Р.М. Фракталы и хаос в динамических системах. Основы теории. – М.: Постмаркет. – 2000. - 352 с.
26)Мандельброт М. Фрактальная геометрия природы. – М.: Институт компьютерных исследований. – 2002. - 656 с.
27)Франсон М. Оптика спеклов. - Пер. с фр. - Под ред. Островского Ю.И. – М.: Мир. – 1980. - 171 с.
28)Башкатов А.Н., Генина Э.А., Тучин В.В. Исследование оптических и диффузионных явлений в биотканях при воздействии осмотически активных иммерсионных жидкостей // Общий биофизический практикум. – С.: Саратовский государственный университет. - 2005. - 71 с.
29)Морозов А.Д. Введение в теорию фракталов. – М.-Иж.: Институт компьютерных исследований. – 2002. - 160 с.
30)Зосимов В.В., Лямшев Л.М. Фракталы в волновых процессах // УФН. – 1995. – Т. 165. - № 4. - С. 361-401.
31)Федер Е. Фракталы. - Пер. с англ. - М.: Мир. – 1991. - 254 с.
32)Астафьева Л.Г., Желтов Г.И. Температурное поле, формируемое внутри кровеносного сосуда под действием импульсного лазерного излучения // Оптика и спектроскопия. – 2007. – Т. 103. - № 4. - С. 683-689.
33)Ghosn M.G., Carbajal E.F., Berfui N.A., Tellez A., Granada J.F., Larin K.V. Permeability of hyperosmotic agent in normal and atherosclerotic vascular tissue // J. Biomed. Opt. – 2008. – Vol. 13. Iss. 1. - doi:10.1117/1.2870153.
34)Perecla-Cubian D., Toboravic M., Arce-Diego J.L., Wang L.V. Evaluation of the magneto-optical effect in biological tissue models using optical coherence tomography // J. Biomed. Opt. – 2007. – Vol. 12. – Iss. 6. - doi: 10.1117/1.2818103.
35)Gordon J.M., Shoco-Levy R., Feuermann D., Huleihil M., Mizrahi S. Photothermally induced delayed tissue death // J. Biomed. Opt. -2006. – Vol. 11. – Iss. 3. - doi:10.1117/1.2210948.
36)Lucesoli A., Criante L., Farabollini B., Bonifari F., Simoni F., Rozzi T. Distance optical sensor for quantitative endoscopy // J. Biomed. Opt. – 2008. – Vol. 13(1). – doi: 10.1117/1.2870138.
37)Kim P., Puoris’haag M., Cote D., Lin C.P., Yun S.H. In vivo confocal and multiphoton microendoscopy // J. Biomed. Opt. – 2008. – Vol. 13(1). –doi:10.1117/1.2839043.
38)Vakoc B.J., Tearny G.J., Bouma B.E. Real-time microscopic visualization of tissue response to laser thermal therapy // J. Biomed. Opt. – 2007. – Vol. 12(2). – doi:10.1117/1.2714027.
39)Braun K.E., Boyer J.D., Henderson M.H., Katz D.F., Wax A. Label free measurement of microbicidal gel thickness using low coherence interferometry // J. Biomed. Opt. – 2004. – Vol. 11(2). – doi: 10.1117/1.2192767
40)Fleming C.P., Ripplinger C.M., Webb B., Efimov I.R., Rollins A.M. Quantification of cardiac fiber orientation using optical coherence tomography // J. Biomed. Opt. – 2008. – Vol. 13(3). – doi:10.1117/1.2937470
41)Li A., Liu J., Tanamai W., Kuong R., Cerussi A.E., Tromberg B.J. Assessing the spatial extent of breast tumor intrinsic optical constant using ultrasound and diffuse optical spectroscopy // J. Biomed. Opt. – 2008. – Vol. 13(3). – doi: 10.1117/1.2937471
42)O’Connell-Podwell C.E., Mackanos M.A., Simanovskii D., Cao Y.-A., Bachmann M.H., Schwettman H.A., Contag C.H. In vivo analysis of heat-shock-protein-70 induction following pulsed laser irridation in a transgenic reporter mouse // J. Biomed. Opt. – 2008. – Vol. 13(3). – doi: 10.1117/1.2904665
43)Davis S.C., Pogue B.W., Dehdhani H., Paulsen K.D. Contrast - detail analysis characterizing diffuse optical fluorescence tomography image reconstruction // J. Biomed. Opt. – 2005. – Vol. 10(5). – doi: 10.1117/1.2114727.
44)Kukreti S., Cerussi A., Tromberg B., Cratton E. Intrisic tumor biomarkers revealed by novel differential spectroscopic anlysis of near infrared spectra // J. Biomed. Opt. – 2007. – Vol. 12(2). – doi:10.1117/1.2709701
45)Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. – Саратов. - Изд. СГУ. – 1998. - 384 с.
46)Hunter M., Backman V., Popescu G., Kalashnikov M., Boone C.W., Wax A., Gopal V., Badizadegan K., Stoner G.D., Feld M.S. Tissue self-affinity and polarized light scattering in the Born approximation. A new model for precancer detection // Physical review letters. – 2006. – Vol. 97. – Doi: 10.1103/PhysRevLett.97.138102
47)Dioguardi N., Grizzi F., Franceschini B., Bossi P., Russo C. Liver fibrosis and tissue architectural change measurement using fractal - retiled metrics and Hurst’s exponent // World J. Gastroenterol. – 2006. - Vol. 12. - P. 2187-2194.
48)Miedzienco E.M. A fractal scaling law for seed hydration kinetics // Acta Agrophys. – 2006. – Vol. 7(1). - P. 141-150.
49)Илемской А.И., Флат А.Я. Использование концепции фрактала в физике конденсированной среды // УФН. - 1998. – Т. 163. - № 12. - С. 1-50.
50)Симоненко Г.В., Тучин В.В. Оптические свойства биологических тканей, - Учебно-методическое пособие. – 2007. – 48 c.
51)Popp A.K., Valentin M.T., Kaplan P.D., Weitz D.A. Microscopic origin of light scattering // Appl. Opt. – 2003. - Vol. 42. – Iss. 16. – P. 2871-2880.
52)Yan R., Yan G., Yang B. Fractal analysis on human colonic pressure activities based on the box-counting method // Proceeding of world academy of science, engeneering and technology. – 2006. – Vol. 11. – P. 255-258.
53)Turzhitsky V., Liu Y., Hasabou N., Goldberg M., Roy H.K., Backman, Brand R. Investigating population risk factors of pancreatic cancer by evaluation of optical markers in the duodenal mucosa // Disease markers. – 2008. – Vol. 25. – P. 313-321.
54)Grizzi F., Russo C., Colombo P., Franceschini B., Frezza E.E., Cobos E., Chiriva-Internati M. Quantitative evaluation and modeling of two-dimensional neovascular network complexity: the surface fractal dimension // BMC Cancer. – 2005. – Vol.5. – Iss. 14. – doi: 10.1186/1471-2407-5-14.
55)Mukherjee P., Bhattachsaraya R., Wang P., Wang L., Basu S., Nagu J.A., Atala A., Mukhopadhaya D., Soker S. Antiangiogenic properties of gold nanoparticles // Clin Cancer Res. – 2005. – Vol. 11(9). – doi: 10.1158/1078-0432.CCR-04-2482.
56)Loo C., Lovery A., Halas N., West J., Dresek R. Immunotargeted nanoshells for integrated cancer imaging and therapy // Nanoletters. – 2005. - Vol. 5. – Iss. 4. - P. 709-711.
57)O’Neal D.P., Hirsch R., Halas N.J., Payne J.D., West J.L. Photo-thermal tumor ablation in mice using near infrared-absorbing nanoparticles // Cancer letters. – 2004. – Vol. 209. - P. 171-176.
58)Bhattacharya R., Mukherjee P., Xiong Z., Atala A., Soker S., Mukhopadhaya D. Gold nanoparticles inhibit VEGF165-indused proliferation of HUVEC cells // Nanoletters. – 2004. - Vol. 4. – Iss. 12. – P. 2479-2481.
59)Hainfeld J.F., Slatkin D.N., Focella T.M., Smilowitz H.M. Gold nanoparticles: a new X-ray contrast agent // The British journal of radiology. – 2006. – Vol. 79. - P. 248-253.
60)Huang X., El-Sayed I.H., Qian W., El-Sayed M.A. Cancer cell imaging and phototermal therapy in the near-infrared region by using gold nanorods // J. AH. Chem. Soc. – 2006. – Vol. 128. - P. 2115-2120.
61)Lee Y.K., Bone N.D., Strege A.K., Jelinek D.F., Kae N.E.VEGF receptors on chronic lymphocytic leukemia (CLL) B cells interact with STAT 1 and 3: implication for apoptosis resistance // Leukemia. – 2005. – Vol. 19(4). - P. 513-523.
62)Petkov V., Peng Y., Williams G., Huang B., Tomalia D., Ren Y. Structure of gold nanoparticles suspensed in water studied by X-ray diffraction and computer simulations // Physical Review b. – 2005. – Vol. 72. –doi/10.1103/PhysRevB.72.195402.
63)Miller M.M., Lazarides A.A. Sensitivity of metal nanoparticles surface plasmon resonance to the dielectric environment // J. Phys. Chem. B. – 2005. – Vol. 109. – P. 21556-21565.
64)Lee Y.K., Done N.D., Strege A.K., Shanafeld T.D., Jelinek D.F., Kae N.E. VEGF receptor phosphorylation status and apoptosis is modulated by a green tea component, epigallocatechin-3-gallete (EGCG), in B-cell chronic lymphocytic leukemia // Blood. – 2004. - Vol. 104. – P. 788-794.
65)Ferrari M. Cancer nanotechnology: opportunities and challenges // Nature reviews, cancer. – 2005. – Vol. 5. - P. 161-171.
66)Pitsillides C.M., Joe E.K., Wei X., Anderson R.R., Lin C.P. Selective cell targeting with light – absorbing microparticles and nanoparticles // Biophysical journal. – 2003. – Vol. 84. - P. 4023-4032.
67) Zharov V.P., Galangha E.I., Tuchin V.V. In vivo phototermal flow cytometry: imaging and detection of individual cells in blood and lymph flow // Journal of cellular biochemistry. – 2005. - Vol. 9999. – P. 1-17.
68) Zharov V.P., Kim J.-W., Curiel D.T., Everts M. Self-assembling nanoclusters in living system: application for integrated phototermal nanodiagnostics and nanotherapy // Nanomedicine, nanotechnology, biology and medicine. – 2005. – Vol. 1. - P. 326-345.
69) Mukherjee P., Bhattacharya R., Mukhopadhaya D. Gold nanoparticles bearing functional anti-cancer drug and anti – angiogenic agent: a «2 in 1» system with potential application in cancer therapeutics // Journal of biomedical nanotechnology. – 2005. - Vol. 1. – P. 1-5.