Флуоресценция и желтуха новорожденных

Исследователи из Сколтеха усовершенствовали методику, используемую при анализе крови на билирубин для диагностики физиологической желтухи новорожденных и более точной настройки назначаемой в качестве лечения фототерапии.

Физиологической желтухой новорожденных страдают до 80 % недоношенных детей. Для их лечения, помимо лекарств, используется фототерапия синим светом. Однако до сих пор не существует стандартных научно обоснованных рекомендаций, определяющих точный спектр света, мощность и продолжительность облучения. Эти параметры нуждаются в оптимизации, учитывая возможные побочные эффекты. Для этого требуются более совершенные способы измерения уровня билирубина. Исследование, опубликованное в Physical Chemistry Chemical Physics, восполняет ранее имевшийся пробел в диагностике.

У 8 из 10 недоношенных детей печень еще не в состоянии эффективно выводить билирубин — токсичный продукт распада эритроцитов. Это приводит к повышению его уровня в крови и характерному желтоватому оттенку кожи. Терапия физиологической желтухи новорожденных обычно включает в себя фототерапию синим светом, который преобразует молекулы билирубина таким образом, что билирубин выводится с мочой и калом, в обход печени больного ребенка.

До сих пор не существует единого протокола подбора терапии: длительности облучения синим светом, оптимальной мощности и того, как они должны меняться в зависимости от тяжести заболевания.

Чтобы его создать, исследователям нужен способ измерения концентрации билирубина в тканях с более высокой точностью, чем это возможно в настоящее время. Ученые Сколтеха предлагают дополнить существующий метод, в основе которого — определение доли света, поглощаемой раствором, измерениями флуоресценции.

Флуоресценцией называется излучение молекулами поглощенного света на более низкой частоте, то есть длина волны смещается в спектре в сторону красного диапазона, и волна несет меньше энергии. (Потерянная энергия в основном идет на нагрев или изменение конфигурации, хотя задействованы и другие механизмы.) Измерив флуоресценцию для диапазона известных концентраций билирубина, можно использовать эти данные для измерения концентрации билирубина в искомых образцах. Это поможет дополнить существующие подходы и повысить их точность.

«Мы взяли жидкие образцы билирубина в различных концентрациях от нормальной до патологической, осветили их синим светом, параллельно осуществляя мониторинг флуоресценции. Больше всего света было испущено на длине волны 532 нанометра — это зеленый», — прокомментировал эксперимент первый автор статьи Сергей Перков из Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха.

Предполагалось, что у раствора с высокой концентрацией билирубина флуоресценция будет увеличиваться по мере воздействия синего света. Дело в том, что в концентрированном растворе значительная часть флуоресцентного света, испущенного билирубином, повторно поглощается другими молекулами билирубина до того, как флуоресценцию можно обнаружить. По мере постепенного снижения концентрации под воздействием синего света такого рода «тушение» становится менее выраженным и флуоресценция становится заметнее. Но главной неожиданностью для исследователей стала подобная динамика флуоресценции у растворов с низкой концентрацией билирубина.

«Наша текущая гипотеза такова, — уточнил Перков, отметив, что на данный момент это всего лишь предположение. — Мы знаем, что билирубин транспортируется белком под названием альбумин, каждая молекула которого имеет несколько вакантных "слотов". И даже при низкой концентрации часть флуоресценции может быть поглощена молекулами билирубина, соседствующими на одном альбумине. Получается, даже если молекулы альбумина в растворе низкой концентрации находятся слишком далеко друг от друга, чтобы могло произойти обычное тушение флуоресценции, этот второй механизм всё равно будет работать независимо от концентрации, и мы думаем, что этим и объясняются наши неожиданные результаты».

Таким образом, ученые выявили неожиданный эффект в динамике флуоресценции и представили калибровочный график, связывающий наблюдаемую флуоресценцию с концентрацией билирубина. Команда надеется, что в сочетании с существующей методикой измерения мониторинг флуоресценции сделает фототерапию физиологической желтухи недоношенных более безопасной, эффективной и лучше адаптированной к индивидуальным особенностям пациентов.