Исследователи из Центра Гельмгольца в Мюнхене и Мюнхенского технического университета (TUM) разработали новую технологию визуализации, которая позволяет неинвазивно получать трехмерную информацию о капиллярах для выявления ранних признаков сердечно-сосудистых заболеваний. Система получила название "быстрая растровая оптоакустическая мезоскопия" (fast-RSOM) и предназначена для визуализации и количественной оценки микрососудистой эндотелиальной дисфункции (MiVED) через кожу. Этот биомаркер часто предшествует дисфункции в более крупных артериях. Разработка новой технологии опубликована в журнале Light Science & Applications.
По мнению исследователей, накапливаются доказательства того, что микрососудистая эндотелиальная дисфункция (MiVED) предшествует развитию макрососудистой эндотелиальной дисфункции (ED) и может быть важным биомаркером раннего развития заболевания. В настоящее время большинство оценок риска фокусируются на более крупных кровеносных сосудах, поскольку возможности для оценки функции микрососудов in vivo ограничены. Существующие оптические технологии и допплеровские методы способны измерять кровоток и оксигенацию, но не могут предоставить данные об отдельных капиллярах.
Fast-RSOM была разработана для преодоления этих ограничений и обеспечения визуализации капилляров. Она создана на основе существующей растровой оптоакустической мезоскопии (RSOM) — метода визуализации, использующего короткие световые импульсы для генерации ультразвуковых сигналов в тканях. Поглощение света кровью порождает акустические волны, которые регистрируются, а затем реконструируются в изображения сосудистых структур высокого разрешения. Предыдущие исследования уже показали, что RSOM может визуализировать морфологию микрососудов в дерматологии и при лечении метаболических заболеваний.
Чтобы обеспечить функциональную визуализацию на уровне капилляров, команда модифицировала RSOM, включив в нее коаксиальное освещение и детектирование, что позволяет достичь более высоких частот повторения лазерных импульсов, а также внедрив протоколы сканирования, которые переключаются между объемным сканированием и быстрым линейным сканированием. Эти усовершенствования позволили получать изображения с временным разрешением не менее 2 Гц, чего достаточно для регистрации быстрых сосудистых реакций.
Система была разработана для наблюдения за поведением сосудов во время постокклюзионной реактивной гиперемии (ПОРГ) — состояния, которое регулярно вызывается у пациентов для наблюдения за изменениями кровотока с целью оценки функции сосудистого эндотелия и микроциркуляции. Используя fast-RSOM, исследователи обнаружили три биомаркера MiVED: максимальное изменение объема, коэффициент гиперемии и время до пика, которые количественно определяют, как отдельные капилляры и определенные слои кожи реагируют во время гиперемии.
Для проверки fast-RSOM команда обследовала здоровых добровольцев, курильщиков и пациентов с атеросклеротическими сердечно-сосудистыми заболеваниями. «Наши результаты показывают, что использование fast-RSOM на коже четко измеряет влияние курения (N=20) и атеросклеротических сердечно-сосудистых заболеваний (N=20) на функцию эндотелия кожи», — отметили исследователи. Эти данные показали нарушения, специфичные для разных слоев: курение и сердечно-сосудистые заболевания по-разному влияли на сосочковый и сетчатый слои дермы. Важно, что исследователи не наблюдали «существенных структурных изменений в микрососудистом русле», что указывает на возможность использования MiVED в качестве раннего индикатора риска заболеваний.
При дальнейшем развитии fast-RSOM может найти применение в клинике, где позволит количественно оценивать функциональные изменения, возникающие, например, из-за курения или гипертонии, чтобы способствовать более раннему вмешательству и предоставить средства для мониторинга реакции на изменения образа жизни или терапию. По словам команды TUM, портативность и стоимость технологии могут способствовать ее широкому внедрению в клиническую практику.
Основываясь на этих выводах, исследователи планируют провести валидацию биомаркеров fast-RSOM в более крупных и разнообразных группах пациентов, а также начать лонгитюдные исследования, чтобы оценить, насколько хорошо новые биомаркеры прогнозируют начало и прогрессирование заболевания по сравнению со стандартными оценками макрососудов. Они также продолжат совершенствовать технологию, включая разработку мультиспектральной fast-RSOM для оценки изменений насыщения крови кислородом, а также расширение сканирования для охвата больших участков кожи.
По мнению исследователей, накапливаются доказательства того, что микрососудистая эндотелиальная дисфункция (MiVED) предшествует развитию макрососудистой эндотелиальной дисфункции (ED) и может быть важным биомаркером раннего развития заболевания. В настоящее время большинство оценок риска фокусируются на более крупных кровеносных сосудах, поскольку возможности для оценки функции микрососудов in vivo ограничены. Существующие оптические технологии и допплеровские методы способны измерять кровоток и оксигенацию, но не могут предоставить данные об отдельных капиллярах.
Fast-RSOM была разработана для преодоления этих ограничений и обеспечения визуализации капилляров. Она создана на основе существующей растровой оптоакустической мезоскопии (RSOM) — метода визуализации, использующего короткие световые импульсы для генерации ультразвуковых сигналов в тканях. Поглощение света кровью порождает акустические волны, которые регистрируются, а затем реконструируются в изображения сосудистых структур высокого разрешения. Предыдущие исследования уже показали, что RSOM может визуализировать морфологию микрососудов в дерматологии и при лечении метаболических заболеваний.
Чтобы обеспечить функциональную визуализацию на уровне капилляров, команда модифицировала RSOM, включив в нее коаксиальное освещение и детектирование, что позволяет достичь более высоких частот повторения лазерных импульсов, а также внедрив протоколы сканирования, которые переключаются между объемным сканированием и быстрым линейным сканированием. Эти усовершенствования позволили получать изображения с временным разрешением не менее 2 Гц, чего достаточно для регистрации быстрых сосудистых реакций.
Система была разработана для наблюдения за поведением сосудов во время постокклюзионной реактивной гиперемии (ПОРГ) — состояния, которое регулярно вызывается у пациентов для наблюдения за изменениями кровотока с целью оценки функции сосудистого эндотелия и микроциркуляции. Используя fast-RSOM, исследователи обнаружили три биомаркера MiVED: максимальное изменение объема, коэффициент гиперемии и время до пика, которые количественно определяют, как отдельные капилляры и определенные слои кожи реагируют во время гиперемии.
Для проверки fast-RSOM команда обследовала здоровых добровольцев, курильщиков и пациентов с атеросклеротическими сердечно-сосудистыми заболеваниями. «Наши результаты показывают, что использование fast-RSOM на коже четко измеряет влияние курения (N=20) и атеросклеротических сердечно-сосудистых заболеваний (N=20) на функцию эндотелия кожи», — отметили исследователи. Эти данные показали нарушения, специфичные для разных слоев: курение и сердечно-сосудистые заболевания по-разному влияли на сосочковый и сетчатый слои дермы. Важно, что исследователи не наблюдали «существенных структурных изменений в микрососудистом русле», что указывает на возможность использования MiVED в качестве раннего индикатора риска заболеваний.
При дальнейшем развитии fast-RSOM может найти применение в клинике, где позволит количественно оценивать функциональные изменения, возникающие, например, из-за курения или гипертонии, чтобы способствовать более раннему вмешательству и предоставить средства для мониторинга реакции на изменения образа жизни или терапию. По словам команды TUM, портативность и стоимость технологии могут способствовать ее широкому внедрению в клиническую практику.
Основываясь на этих выводах, исследователи планируют провести валидацию биомаркеров fast-RSOM в более крупных и разнообразных группах пациентов, а также начать лонгитюдные исследования, чтобы оценить, насколько хорошо новые биомаркеры прогнозируют начало и прогрессирование заболевания по сравнению со стандартными оценками макрососудов. Они также продолжат совершенствовать технологию, включая разработку мультиспектральной fast-RSOM для оценки изменений насыщения крови кислородом, а также расширение сканирования для охвата больших участков кожи.
