Espectroscopía óptica en el diagnóstico de lesiones intraarticulares
Espectroscopía óptica en el diagnóstico de lesiones intraarticulares de la articulación de la rodilla
Las lesiones de las articulaciones intraarticulares son las más comunes y desfavorables en caso de diagnóstico inoportuno o erróneo, lo que conduce a una violación significativa de la calidad de vida y la actividad de los pacientes. Por ejemplo, el diagnóstico inoportuno y la determinación del grado de daño en el hueso subcondral pueden conducir a la progresión, es decir, un aumento en la zona de edema con transformación en un proceso irreversible: necrosis avascular del hueso. Los errores en el diagnóstico de lesiones subsinoviales del aparato ligamentoso y la evaluación de su viabilidad funcional pueden conducir al desarrollo de inestabilidad articular crónica, sinovitis crónica y progresión de la destrucción intraarticular.
Los métodos de diagnóstico temprano y preciso permiten un tratamiento oportuno y personalizado, están destinados a prevenir el desarrollo de complicaciones y la necesidad de repetidas operaciones costosas y, a menudo, incapacitantes. También es relevante el tema de desarrollar el método de navegación intraoperatoria con el uso de métodos de evaluación cuantitativa en operaciones en el sistema musculoesquelético.
En este sentido, cobran especial relevancia los métodos de espectroscopia óptica y optoacústica propuestos en el proyecto, que pueden solucionar los problemas anteriores.
Así, el problema científico a resolver por el proyecto propuesto es el desarrollo de métodos de espectroscopia óptica y optoacústica para el diagnóstico biomédico. El desarrollo de nuevos métodos y herramientas capaces de detectar y caracterizar predictores tanto tempranos como ocultos de la posible progresión de la artrosis, permitirá prevenir o reducir los riesgos de posibles complicaciones y cambios intraarticulares irreversibles.
Descripción general del estudio
Estado
Condiciones
Descripción detallada
El objetivo de este trabajo es crear nuevos métodos ópticos para el análisis in vivo del estado del tejido cartilaginoso.
Métodos: Un estudio prospectivo desarrollará un instrumento que implementa dos métodos ópticos para evaluar el estado del tejido del cartílago: espectroscopia de reflectancia difusa (DRS) y espectroscopia de fluorescencia de infrarrojo cercano. Los explantes (articulación de la rodilla) se utilizarán como material experimental. Para evaluar las capacidades de diagnóstico de los métodos de espectroscopia óptica, se realizarán estudios de las características mecánicas del cartílago simultáneamente con las características ópticas. Los parámetros mecánicos del cartílago se medirán utilizando un indentador Mach-1 v500c (Biomomentum, Laval, QC, Canadá) equipado con un dinamómetro de tres ejes. La dirección de la normal a la muestra se medirá con un indentador esférico; se realizará una punción con aguja para evaluar el grosor del tejido del explante. Las medidas determinarán el módulo de Young, la dirección de la normal y el grosor del cartílago. Este trabajo cuenta con el apoyo de la Russian Science Foundation (subvención no. 21-79-10325).
Se realizará una indentación para determinar los parámetros mecánicos del cartílago en diferentes puntos y obtener espectros DCR del cartílago en el rango de longitud de onda de 850-1050 nm. Análisis de los cambios en las propiedades del agua en el tejido cartilaginoso de la articulación de la rodilla en condiciones normales y patológicas se complementará con un estudio de su propia fluorescencia IR. En experimentos preliminares, se encontró que diferentes partes del cartílago de diferentes explantes tienen diferentes niveles de fluorescencia roja en diferentes etapas de degeneración, sin embargo, para sacar conclusiones, es necesario ampliar el número de muestras medidas para evaluar la confiabilidad. de los resultados de las diferencias observadas.
En el transcurso del trabajo se desarrollará una unidad móvil que implemente los métodos de espectroscopia de fluorescencia en el rango del infrarrojo cercano y DLS, y también se estudiarán las propiedades mecánicas de los explantes. En el futuro, está previsto utilizar la técnica desarrollada para evaluar el estado del cartílago intraoperatoriamente.
Tipo de estudio
Inscripción (Actual)
Contactos y Ubicaciones
Estudio Contacto
- Nombre: Yuliya Goncharuk
- Número de teléfono: +79266375759
- Correo electrónico: goncharuk_yu_r@staff.sechenov.ru
Copia de seguridad de contactos de estudio
- Nombre: Marina Lipina
- Número de teléfono: +79253122096
- Correo electrónico: lipina_m_m@staff.sechenov.ru
Ubicaciones de estudio
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Moscow, Federación Rusa
- Russia
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Criterios de participación
Criterio de elegibilidad
Edades elegibles para estudiar
Acepta Voluntarios Saludables
Método de muestreo
Población de estudio
Descripción
Criterios de inclusión:
- Consentimiento informado por escrito del paciente para participar en el estudio.
- La edad del paciente es de 18 a 85 años.
- Género masculino y femenino.
- El paciente tiene lesiones intraarticulares de la articulación de la rodilla.
Criterio de exclusión:
- Negativa a participar en el estudio y a firmar el consentimiento informado.
- La edad del paciente es menor de 18 años y mayor de 85 años.
- Embarazo, lactancia.
- La presencia de patología somática grave concomitante (enfermedades del sistema cardiovascular, pulmones, hígado y riñones), diabetes mellitus descompensada.
- Enfermedades oncológicas.
- Enfermedad mental.
- Abuso de alcohol o consumo de drogas.
- Infecciones virales y bacterianas crónicas en la etapa aguda.
Plan de estudios
¿Cómo está diseñado el estudio?
Detalles de diseño
- Modelos observacionales: Ecológico o Comunitario
- Perspectivas temporales: Futuro
Cohortes e Intervenciones
Grupo / Cohorte |
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grupo 1, ex vivo
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grupo 2, en vivo
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¿Qué mide el estudio?
Medidas de resultado primarias
Medida de resultado |
Medida Descripción |
Periodo de tiempo |
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Medición de propiedades mecánicas y aplicación de cartílago por método de indentación.
Periodo de tiempo: El tratamiento de los datos recibidos se realizará desde marzo de 2022 hasta diciembre de 2023.
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El sistema micromecánico Mach-1™ v500csst (Biomomentum Inc., Laval, Quebec, Canadá) permite realizar una alineación normal y un mapeo de sangría moviendo simultáneamente las tres etapas con el uso de una celda de carga de múltiples ejes. Después de mapear en el modo de indentación normal, se midió el grosor del cartílago en los mismos puntos en el modo de mapeo mediante la técnica de penetración de la aguja. Se utilizó el modelo de Lee-Radock corregido por el espesor local finito de la capa blanda para estimar los parámetros mecánicos. Las curvas experimentales fueron procesadas por el modelo estándar de Hertz. El procesamiento numérico se realizó en MATLAB (MathWorks, EE. UU.) utilizando algoritmos desarrollados previamente. Se eligió un modelo sólido lineal estándar (SLS) como función de relajación para describir experimentos sobre pruebas de indentación-relajación de tejido cartilaginoso, donde los parámetros principales son: módulo de Young instantáneo E0, módulo de Young de equilibrio E y tiempo de relajación. |
El tratamiento de los datos recibidos se realizará desde marzo de 2022 hasta diciembre de 2023.
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Medición de agua de cartílago y reflectancia mediante espectroscopia de reflectancia difusa (DRS)
Periodo de tiempo: El tratamiento de los datos recibidos se realizará desde marzo de 2022 hasta diciembre de 2023.
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Las mediciones de DRS se realizaron en la región espectral de 850-1050 nm. La lámpara de tungsteno-halógeno (Thorlabs, Alemania) se utilizó como fuente de luz. Las medidas se realizaron con dos fibras de 550 μm con una distancia entre los centros de sus caras de 2,5 mm, la primera guiando la luz hacia la muestra y la segunda unida al espectrómetro QE65000 (OceanOptics, EE. UU.). Para la medición de espectros, se utilizó una sonda especial, que hace posible su uso junto con la configuración del probador micromecánico. Antes de cada serie de experimentos, se miden el espectro de referencia (reflexión de la reflectancia difusa de referencia) y el espectro de fondo, y se calculan la reflectancia y la densidad óptica efectiva. |
El tratamiento de los datos recibidos se realizará desde marzo de 2022 hasta diciembre de 2023.
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Simulación de la propagación de la luz en el explante por el método Monte Carlo.
Periodo de tiempo: El tratamiento de los datos recibidos se realizará desde marzo de 2022 hasta diciembre de 2023.
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Para estimar las dependencias de los parámetros observados en las propiedades del tejido, como el grosor del cartílago, el contenido de agua y las propiedades de dispersión, se simuló la propagación de la luz en el explante utilizando el método de Monte Carlo.
El explante se modeló como un medio que consta de 2 capas distintas con propiedades individuales de dispersión y absorción.
La primera capa representó el cartílago, donde la principal absorción está determinada por la línea OH del agua a ~980 nm, la segunda capa representó el tejido óseo, cuya absorción posee un máximo local a ~930 nm, determinado por la línea CH de la matriz ósea .
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El tratamiento de los datos recibidos se realizará desde marzo de 2022 hasta diciembre de 2023.
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Valoración de la comparación de grados de artrosis según ICRS mediante la prueba no paramétrica U de Mann-Whitney
Periodo de tiempo: El tratamiento de los datos recibidos se realizará desde marzo de 2022 hasta diciembre de 2023.
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Las comparaciones estadísticas de múltiples grupos entre los diferentes grados de artrosis del ICRS se evaluaron mediante la prueba no paramétrica Mann-Whitney U utilizando scripts personalizados basados en el lenguaje de programación Python con statsmodels, bibliotecas SciPy.
En total, para esta prueba se utilizaron 600 espectros DRS obtenidos para cada grado ICRS (es decir, grupo) de cartílago OA.
Se verificaron los supuestos (es decir, mediciones independientes, distribución no normal y variabilidad similar) de la prueba U de Mann-Whitney.
Los valores de p para cada prueba U de Mann-Whitney por pares se volvieron a calcular usando la corrección de Bonferroni.
En todas las comparaciones por pares de grupos múltiples, el valor de p inferior a 0,05 se consideró indicativo de significación estadística.
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El tratamiento de los datos recibidos se realizará desde marzo de 2022 hasta diciembre de 2023.
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Examen histológico de muestras de hueso y cartílago
Periodo de tiempo: El tratamiento de los datos recibidos se realizará desde marzo de 2022 hasta diciembre de 2023.
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Para el examen histológico, las muestras se fijaron en formalina neutra al 10% (HistoSafe, Biovitrum), se descalcificaron en una solución especial (SoftyDek, Biovitrum) durante 24 horas, se lavaron con agua corriente durante una hora, se sometieron a alambre de alcohol estándar y se vertieron con parafina.
Las secciones de parafina de 4 μm de espesor se tiñeron con safranina O y verde rápido de acuerdo con el protocolo estándar.
Las preparaciones microscópicas obtenidas se estudiaron utilizando un microscopio universal LEICA DM4000 B LED (Leica Microsystems, Alemania) equipado con una videocámara digital LEICA DFC7000 T (Leica Microsystems, Alemania).
Para comprobar el grado de degradación del cartílago se realizará un estudio histológico de una selección de explantes.
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El tratamiento de los datos recibidos se realizará desde marzo de 2022 hasta diciembre de 2023.
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Colaboradores e Investigadores
Patrocinador
Investigadores
- Silla de estudio: Alexey Lychagin, IM Sechenov University
- Investigador principal: Yuliya Goncharuk, IM Sechenov University
Fechas de registro del estudio
Fechas importantes del estudio
Inicio del estudio (Actual)
Finalización primaria (Actual)
Finalización del estudio (Actual)
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Estudia un producto farmacéutico regulado por la FDA de EE. UU.
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