Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN rozwikłali zawiłości w obszarze szybkiej diagnostyki płodności i chorób u kobiet. Wykorzystali do tego technikę powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana.
Dotychczas najczęściej stosowane metody określające płodność u kobiet bazowały na monitorowaniu śluzu z szyjki macicy. Niestety, metoda ta pozostawia wiele do życzenia i wykazuje wysoką skuteczność tylko w przypadku par płodnych. Podobnie jest w przypadku określenia infekcji dróg rodnych u kobiet, gdzie wydzielina z szyjki macicy po dziś dzień poddawana jest obrazowaniu mikroskopowemu z zabarwianiem śluzu metodą Grama. I choć podjęto wiele prób rozwiązania problemu chorób dróg rodnych, m.in. tj. raka szyjki macicy, zakażenia wirusem brodawczaka ludzkiego (HPV), niepłodności, a także różnych infekcji pochwy z wykorzystaniem spektroskopii Ramana, szybkie i skutecznie poznanie ich etiologii nadal pozostaje tajemnicą.
Najnowsze wyniki zademonstrowane przez naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN, pracujących pod kierunkiem prof. Agnieszki Kamińskiej, wychodzą naprzeciw tym ograniczeniom skupiając się na śledzeniu odpowiedzi spektralnej płynów z kobiecego układu rozrodczego, w tym trzech rodzajów płynów, tj. płynu pochwowego, menstruacyjnego i plamienia menstruacyjnego przy użyciu powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana (SERS) i metody chemometrycznej, które razem zapewniają wgląd na poziomie molekularnym w skład wydzielin pochwowych. W składzie płynów pochwowych można znaleźć wiele związków, takich jak kwasy organiczne, pirydynę, peptydazę, lipidy, fosfolipidy, aminokwasy, kwasy tłuszczowe, węglowodany, glikoproteiny, białka i immunoglobuliny. Niekiedy zawiera on także inne związki, w tym hormony, których poziom może różnić się w zależności od fazy cyklu miesiączkowego, utrudniając dokładne zdiagnozowanie infekcji na wczesnym etapie lub rozpoznanie etiologii choroby.
Niemniej jednak metody zaproponowane przez naukowców z IChF PAN pozwalają na diagnostykę w fazie płodnej i niepłodnej z dużą precyzją bez wpływu zaburzeń równowagi hormonalnej w organizmie. A wszystko dzięki pomiarom interakcji materii ze światłem, w których możliwe jest zmierzenie określonych drgań cząsteczek. Diagnostyka za pomocą prezentowanych narzędzi została przeprowadzona dla dwóch niezależnych cykli menstruacyjnych, w których pacjentki były zarówno zdrowe, jak i zmagały się z infekcjami, takimi jak kandydoza sromu i pochwy, waginoza bakteryjna, rzeżączka, a także miały obecność dwóch różnych chorób. Ponieważ naukowcy zoptymalizowali warunki analityczne do precyzyjnego pomiaru widm i wdrożyli algorytmy dostosowujące SERS do różnych biologicznych aspektów wykrywania chorób kobiecych, ich narzędzie diagnostyczne nie wymaga wstępnej obróbki pobranych próbek, ani pobierania wymazów, co czyni je znacznie prostszym i tańszym w porównaniu z klasycznymi testami diagnostycznymi.
Zbadaliśmy spektralne zmiany hormonalne i stany zapalne pochwy oraz przeprowadziliśmy zależną od czasu analizę SERS materiału klinicznego pobranego z płynów biologicznych podczas pełnych cykli menstruacyjnych od pacjentek zmagających się z różnymi rodzajami infekcji, w tym bakteryjnych, grzybiczych, rzeżączki oraz obu infekcji naraz. Analiza widmowa została wsparta metodą regresji najmniejszych kwadratów (PLSR) w celu uzyskania dokładniejszych zmian w poszczególnych widmach, nawet drobnych różnic niewidocznych gołym okiem – objaśnia prof. Kamińska.
Oprócz korzyści ekonomicznych i łatwości prowadzenia analiz, diagnostyka SERS może być wykonywana przez cały cykl menstruacyjny, co czyni ją skutecznym narzędziem z potencjałem do diagnostyki wielu innych chorób, na które może wpływać m.in. poziom hormonów w płynach biologicznych. Badanie wykazało, że intensywność określonych hormonów (np. hormonu luteinizującego (LH), hormonu folikulotropowego (FSH), progesteronu i estradiolu), która jest ściśle skorelowana z tworzeniem i pękaniem pęcherzyków, gdy nie dochodzi do zapłodnienia, można scharakteryzować szybko i prosto za pomocą techniki SERS. Dzięki połączeniu SERS oraz PLSR zaburzenia hormonalne nie wpływają na odczyt sygnału pochodzącego od infekcji, co stanowi krok naprzód w diagnostyce medycznej.
Nasze badania pokazują, że infekcje pochwy prowadzą do bardziej znaczącego efektu spektralnego niż cykl menstruacyjny. Infekcję można rozpoznać za pomocą analizy SERS zależnej od czasu poprzez obecność charakterystycznych parametrów, które zapewniają wgląd spektralny we wzór molekularny płynów nawet w bardzo złożonych płynach biologicznych – zauważa Sylwia M. Berus, doktorantka IChF PAN.
Przedstawione wyniki stanowią podstawę do dalszych badań, które obejmą szczegółową analizę SERS czynników etiologicznych w odniesieniu do diagnostyki infekcji pochwy. Co więcej, proponowana technika jest potężnym i obiecującym narzędziem do szybkiej i nieinwazyjnej analizy w innych dziedzinach, m.in. w kryminalistyce. Praca naukowców z IChF PAN została opublikowana w Sensors and Actuators B: Chemical.
Magdalena Osial, źródło: IChF PAN