Технология ученых Пермского Политеха позволит прогнозировать влияние токсинов на мозг

В последнюю субботу июня в России отмечается День изобретателя и рационализатора. Исследователи из Пермского Политеха и ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения создают технологию, которая поможет сделать гистологические анализы более точными и заметить изменения в тканях человека и животных на самых ранних стадиях.

Оперативно выявлять процессы в организме позволит компьютерное зрение. Разработку можно будет применять при изучении биопсии пациентов, в токсикологических исследованиях на животных и в судебно-медицинской экспертизе.

Результаты исследования ученые опубликовали в сборнике материалов конференции 20th International Multidisciplinary Scientific GeoConference Proceedings SGEM 2020. Они уже запатентовали разработку.

– Мы привносим в интеллектуальный и количественный анализ гистологических изображений и изображений биологических объектов математические возможности, которые раньше оставались в стороне. Сейчас изучение гистологических и цитологических образцов – скрупулезный процесс, результат которого всегда зависит от квалификации специалистов. Например, онколог может обнаружить именно новообразование, а незначительным токсическим изменениям не придаст значения, – рассказывает ведущий научный сотрудник краевого центра охраны труда Пермского Политеха, доктор технических наук Анна Игнатова.

Разработка ученых Пермского Политеха сможет автоматизировать процессы и помочь специалисту получить больше информации за меньшее время. При обработке изображений медик или биолог получат количественный результат по состоянию ткани и отметки на тех участках, где есть особенности. Затем специалист сможет более подробно изучить зоны, которые требуют внимания, и проанализировать данные. Технология позволит сделать лекарства, которые тестируют на животных, безопаснее, биопсию – более точной, а результаты судебно-медицинской экспертизы – более достоверными.

Сейчас ученые проводят токсикологические исследования в Федеральном научном центре медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения. С помощью разработки специалисты изучают структуру тканей лабораторных животных, подвергнутых различным новым токсинам. В перспективе метод пермских ученых позволит узнать, как нано- и микроразмерные частицы загрязнений в окружающей среде влияют на человека, и диагностировать ранние изменения в тканях при онкологических заболеваниях.

– В отличие от российских и зарубежных аналогов, наша разработка позволит не только оценить состояние тканей на данный момент, но достоверно прогнозировать процессы. Это поможет выяснить, как восстановить прежнее состояние тканей, если это возможно, – поясняет исследователь.

Ученые оценили токсическое действие наноразмерного оксида магния на ткани мозга крыс и мышей. Они проанализировали изображения мультифрактальных гистологических препаратов с помощью методов мультифрактального анализа и построения диаграмм Вороного. Токсическое действие вещества на мозг было выражено в том, что снизились упорядоченность и однородность структуры ткани, появились кластеры нейронов. Чем ярче были выражены эти процессы, тем больший токсический эффект наблюдали исследователи. Наиболее сильное воздействие вещества ученые установили при многократном вдыхании оксида магния. Мультифрактальный анализ изображений позволил более точно оценить патологические изменения в тканях.

Следующим этапом разработки станет создание модели для прогнозирования процессов в тканях. По словам ученых, внедрение технологии предполагает длительную апробацию, и в широкую клиническую практику разработка может войти через 5 лет.