Гамма-резонансный метод ранней диагностики лейкоза Российский патент 2025 года по МПК G01N33/49 G01N33/72 G01N24/08 G01T1/36 

Разработка новых высокотехнологичных методов диагностики и уточнение прогностических моделей лейкоза остаются актуальной клинической задачей. В гемоглобине крови (фиг.1.) находятся атомы железа, один из изотопов которого (⁵⁷Fe) широко используется в ядерной гамма-резонансной спектроскопии (ЯГРС) биологических объектов. Предлагаемый метод (способ) ранней диагностики лейкоза основан на результатах экспериментального исследования гамма-резонансных спектров ядер ⁵⁷Fe в крови здоровых и больных лейкозом мужчин и женщин. Благодаря колоссальной чувствительности (ΔE/Eγ~10^-15) к изменению энергетической структуры ядер под действием различных факторов, метод позволяет непосредственно через изменение энергетического состояния ⁵⁷Fe проследить за физико-химической динамикой состояния крови пациента. Параметры ядерных гамма-резонансных спектров ядер ⁵⁷Fe (интенсивность I(Е или площадь S под спектральной линией, изомерный химический сдвиг δ₁ и квадрупольное расщепление спектра ε_q,) зависят от характера химической связи атомов железа с ближайшим окружением и наличия электромагнитных полей в области ядра. Поэтому ЯГРС дает об объекте исследования информацию микроскопического (атомно-ядерного) уровня, во многих случаях недоступную другим методам.

Появление в крови раковых клеток, через их взаимодействие с химическим окружением (СН₂, HO₂C, N, Н, Н₃С, СН₃, Н₂С) в гемоглобине или непосредственно с ионами железа в гемах, может изменить зарядовое состояние железа и, следовательно, энергетическую структуру ядер ⁵⁷Fe.

Исследования показали, что параметры гамма-резонансных (мессбауэровских) спектров ядер железа существенно различаются как для условно здорового и больных, так и для больных лейкозом лиц разного пола и возраста. У двух пациентов (женщина 63 года и мужчина 42 года) был одинаковый вариант лейкоза - Т-линейный острый лимфобластный лейкоз, для которых получены практически одинаковые значения квадрупольного расщепления спектров ⁵⁷Fe в их крови.

Теоретической базой ЯГР-метода диагностики лейкоза является наличие непосредственной связи между параметрами гамма-резонансных спектров и природой химической связи ядер ⁵⁷Fe с их окржением.

Так, интенсивность I(Е или площадь S под спектральной линией зависит от количества атомов железа в крови.

Изомерный химический сдвиг

где R=(R_e+R_g)/2 - среднее значение радиуса ядра в возбужденном (R_e) и основном (R_g) состояниях; ΔR=R_e-R_g - разность радиусов ядер в возбужденном и основном состоянии, {|ψ_п (0)|² и |ψ_и (0)|² - электронная плотность на ядрах поглотителя (исследуемого объекта - ⁵⁷Fe) и источника соответственно, Z - заряд ядра, е - заряд электрона, зависит как от валентного состояния собственного атома, так и его окружения.

Квадрупольное расщепление ε_q, которое в случае аксиально симметричного электрического поля определяется как произведение квадрупольного момента ядра eQ и компоненты U_zz тензора градиента электрического поля, создаваемого окружающими ионами

зависит от симметрии ближайшего окружения ⁵⁷Fe. В зависимости от состояния среды, окружающей резонансное ядро ⁵⁷Fe, параметры ψ(0), Q и U_zz и, следовательно, значения S, δ₁, ε_q будут изменяться и будут отражены на ядерных гамма-резонансных спектрах.

Образцы для исследования представляли собой мелкодисперсный порошок предварительно высушенной на воздухе при комнатной температуре крови пациентов. Спектры регистрировались на мессбауэровском спектрометре МС-1104Ем в сжатой геометрии пропускания; расшифровку спектров выполняли с помощью программы UnivemMS (НИИ физики Южного федерального университета). Источником гамма-излучения служил изотоп ⁵⁷Со в Cr. Измерения проводились при температуре 309,6 K. Условия эксперимента были идентичными для всех образцов, что обеспечивало достоверность результатов эксперимента.

На рисунках (фиг.2. и фиг.3.) приведены гамма-резонансные спектры ядер ⁵⁷Fe в крови условно здорового (№1) и больного лейкозом (№2) пациентов. Несмотря на не вполне четкое разрешение (из-за малости изотопа ⁵⁷Fe и малой экспозиции измерения) всех компонент спектров, они отличаются по внешнему виду, а при расшифровке с помощью программы UnivemMS обнаруживается их сложная структура, состоящая из нескольких синглетов и дублетов с разницей в параметрах S, δ₁, ε_q.

Первый спектр состоит из 4 синглетов с заметной интенсивностью двух центральных линий (фиг.2), а 2-й спектр - из трех дублетов слабой интенсивности (фиг.3). Согласно теории ядерного гамма-резонанса, это свидетельствует о наличии нескольких неэквивалентных в электрическом отношении позиций ионов железа в гемоглобине, в каждой из которых ядра ⁵⁷Fe имеют собственную энергетическую структуру, а именно в крови здорового пациента №1 ионы железа находятся в центрах гемов кубической симметрии, а в крови пациента №2 - в искаженных лейкозными клетками центрах гемов. Значения этих параметров существенно различаются у всех больных, а у условно здорового пациента сдвиг центра спектра имеет не только малую величину, но и отрицательный знак (фиг.4 и фиг.5).

Основные параметры спектров ядер ⁵⁷Fe в крови исследованных пациентов приведены в таблице.

Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии и медицинской физике, и может быть использовано для ранней диагностики лейкоза. Проводят забор крови у пациента, в котором определяют гамма-резонансный спектр ядер ⁵⁷Fe гамма-резонансным методом с помощью мёссбауэровского спектрометра с радиационным источником Кобальт-57. Определяют значения площади под спектральной линией (S), %, и квадрупольного расщепления (ε_q), мм/с. При S от 4,79 % до 33,04 % диагностируют лейкоз. При ε_q от 1,9156 мм/с до 1,9165 мм/с включительно диагностируют Т-клеточный острый лимфобластный лейкоз. Способ обеспечивает возможность ранней диагностики лейкоза за счет применения гамма-резонансного метода исследования гамма-резонансных спектров ядер ⁵⁷Fe в крови пациентов, что позволяет непосредственно через изменение энергетического состояния ⁵⁷Fe проследить за физико-химической динамикой состояния крови пациента, поскольку исследуемые параметры гамма-резонансных спектров ядер ⁵⁷Fe зависят от характера химической связи атомов железа с ближайшим окружением и наличия электромагнитных полей в области ядра. 5 ил., 1 табл., 6 пр.

Способ ранней диагностики лейкоза, включающий забор крови у пациента, в котором определяют гамма-резонансный спектр ядер ⁵⁷Fe гамма-резонансным методом с помощью мёссбауэровского спектрометра с радиационным источником Кобальт-57, определяют значения площади под спектральной линией (S), %, и квадрупольного расщепления (ε_q), мм/с, и при S от 4,79 % до 33,04 % диагностируют лейкоз, а при ε_q от 1,9156 мм/с до 1,9165 мм/с включительно диагностируют Т-клеточный острый лимфобластный лейкоз.