Аспекти використання особливостей лазерного випромінювання для оптимізації діагностичних методів при курації пацієнтів з генералізованими захворюваннями пародонта

  • Валерій Георгійович Бургонський
  • Святослав Ігорович Миколайчук
  • Ольга Леонідівна Бондарчук
  • Володимир Вікторович Мультян
  • Володимир Ярославович Гайворонський
Ключові слова: пародонтопатогени, біофлюорисценція, теорія Мі, інтенсивність пружного оптичного розсіювання

Анотація

Мета даного дослідження полягала у вивченні можливості використання лазерного випромінювання (біофлюорисценція, пружне розсіювання) з діагностичними цілями для оптимізації ідентифікації пародонтопатогенних мікроорганізмів.

Матеріали та методи. Для проведення експеременту з реєстрації біофлюорисценції було використано гелій неоновий лазер 632,8 нм, 3 мВт; напівпровідниковий лазер «Лика терапевт М» 668 нм, 30–250 мВт; малогабаритний оптоволоконний спектрометр «Ocean Optics USB4000»; кварцові світловоди, штативи; референсні штами мікроорганізмів: Escherichia coli, Candida albicans, Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, Corynebacterium pseudodiphtheriae, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis культивовані на агарі; ноутбук з встановленим програмним забезпеченням «SpectraSuite». Переріз кутовий розподілу інтенсивності пружного оптичного розсіювання досліджувався на розробленій експериментальній платформі. У якості джерела збудження використовувався неперервний (CW) лазер на довжині хвилі 532 нм (TEM00 мода) з потужністю < 50 мВт. В роботі досліджувався кутовий розподіл пружного оптичного розсіювання у передню й задню півсфери для водних суспензій бактерій Staphylococcus aureus та Escherichia coli.

Результати. В ході проведення першої частини експерименту колонії референсних мікроорганізмів почергово опромінювалися пучком лазерного випромінювання спочатку від гелій-неонового лазера , потім від напівпровідникового. Спектр відбитого випромінювання фіксувався спектрометром «Ocean Optics USB4000» та оброблявся на ноутбуці за допомогою програмного забезпечення «Spectra Suite». Зразки опромінювалися під різними кутами (90°, 45°) в темряві, на темній підкладці. Потужність випромінювання гелій-неонового лазера була стабільна – 3 мВт, напівпровідникового – змінювалася в діапазоні 30–100 мВт. Опромінивши всі зразки культур мікроорганізмів, що описані вище, та опрацювавши отримані спектрограми ми не отримали підтвердження теорії біофлюорисценції: в основному спектрометром фіксувався лише спектр відбитого лазерного випромінювання. В другій частині експеременту досліджувався кутовий розподіл пружного оптичного розсіяння у передню й задню півсфери для водних суспензій бактерій Staphylococcus aureus та Escherichia coli, що мають різний просторовий форм-фактор. Було показано, що повна інтегральна екстинкція в передню півсферу лінійно пропорційнаконцентрації бактерій, що оцінена по стандарту МакФарланда на сертифікованому приладі. Більш детальний аналіз кутового розподілу розсіяного світла показав, що суспензія з Staphylococcus aureus продемонструвала зменшення розсіювання в передню півсферу і зростання розсіювання в задню півсферу в порівнянні з суспензією бактерій Escherichia coli. Представлена методика може бути застосована для вирішення задачі класифікації мікроорганізмів шляхом моделювання кутового розподілу розсіяного світла на основі моделей елементарних розсіювачів з різним форм- фактором відповідно до теорії Мі.

Висновок. Експерименти по дослідженню біофлюорисценції колоній бактерій не підтвердили можливість реєстрації специфічних спектрів від кожного з штамів. Однак отримані результати дослідження пружного розсіювання світла в суспензіях мікроорганізмів вказали на можливість визначення структурно концентраційних особливостей їх вмісту, а саме диференціювати паличкоподібну флору від кокоподібної, та оцінити відносну кількість частинок в суспензії. Розвиток даної технології в подальшому може значно спростити діагностичну сферу без застосування дороговартісних та технологічно складних методів досліджень.

Ключові слова: пародонтопатогени, біофлюорисценція, теорія Мі, інтенсивність пружного оптичного розсіювання

Біографії авторів

Валерій Георгійович Бургонський

Бургонський Валерій Георгійович – канд. мед. наук,
доцент кафедри стоматології Інституту стоматології НМАПО імені П.Л. Шупика
Адреса домашня: Київ, вул.. Велика Васильківська, 85/87, кв.146
Тел.: 044 482 08 41. E-mail: burhonskyy@gmail.com.

Святослав Ігорович Миколайчук

Миколайчук Святослав Ігорович – аспірант кафедри стоматології Інституту стоматології НМАПО імені П.Л. Шупика
Адреса домашня: Київська область, Києво-Святошинський р-н., с. Софіївська Борщагівка 08131, вул. Соборна 103/10 кв. 78.
Тел.: (068)9469257. E-mail: 9mars@ukr.net.

Ольга Леонідівна Бондарчук

Бондарчук Ольга Леонідівна – лікар-бактеріолог вищої категорії клініко-діагностичної
лабораторії Київської міської клінічної лікарні № 4
Адреса домашня: м. Київ, 03049, вул. Шовкуненка 8/20 кв. 102
Тел.: (066)1305037. E-mail: origa@ukr.net.

Володимир Вікторович Мультян

Мультян Володимир Вікторович – канд. фіз.-мат. наук,
науковий співробітник лабораторії нелінійно-оптичної діагностики новітніх матеріалів Інституту фізики НАН України.
Адреса пр. Науки 46, корп.1, к. 240, 03028 Київ.
Тел.: 044 5250814. E-mail: multian.v.v@gmail.com.

Володимир Ярославович Гайворонський

Гайворонський Володимир Ярославович – д-р фіз.-мат. наук, проф.,
завідувач лабораторією нелінійно-оптичної діагностики новітніх матеріалів Інституту фізики НАН України.
Адреса: пр. Науки 46, корп.1, к. 238, 03028 Київ.
Тел.: 044 525081, факс: 044 5251589. E-mail: vlad@iop.kiev.ua

Посилання

1. Aleksandrov MT. Lazernaia klynycheskaia byofotometryia: (teoryia, eksperyment,
praktyka). – M. – «Tekhnosfera»; 2008. 583 p. [In Russian].
2. Aleksandrov MT, Budanova EV, Bahramova HE, et al. Sposob ydentyfykatsyy
mykroorhanyzmov s pomoshchiu effektahyh antskohoramanskoho rasseyvannyia. Mezhdunarodnyi
nauchno-yssledovatelskyi zhurnal. 2017; 6 (60) Chast 2; 50-55 p. [In Russian].
3. Burhonskyi VH. Vozmozhnosty yspolzovanyia lazernykh tekhnolohyi s tseliulechenyia
y profylaktyky na parodontolohycheskom y khyrurhycheskom stomatolohycheskom
pryeme. Suchasna stomatolohiia. 2009; 5: 64-68 p. [In Russian].
4. Burhonskyi VH. Lazery v stomatolohyy. Metodycheskye rekomendatsyy MZ Ukrayny,
NMAPO, Ynstytut stomatolohyy NMAPO. Kyev. 2009: 56 p. [In Russian].
5. Burhonskyi VH. Fotodynamycheskaia terapyia v praktycheskoi stomatolohyy.
Uchebno-metodycheskoe posobye. Kyev; 2012. 39 p. [In Russian].
6. Burhonskyi VH. Opyt prymenenyia lazernykh tekhnolohyi v stomatolohycheskoi
praktyke. Stomatoloh (Belarus). 2013; 2(9): 55-57 p. [In Russian].
7. Burhonskyi VH, Mykolaichuk SI. Perspektyvy vykorystannia fotodynamichnoi terapii
v likuvanni kariiesu. Suchasna stomatolohiia. 2015; 2(76): 14-15 p. [In Ukrainian].
8. Burhonskyi VH. Sovremennye aspekty profylaktyky, lechenyia y reabylytatsyy v
stomatolohyy. K., 2016. 50-105 p. [In Russian].
9. Burhonskyi VH, Mykolaichuk SI. Suchasni mozhlyvosti zastosuvannia lazernykh
tekhnolohii u likuvanni heneralizovanykh zakhvoriuvan parodonta: vyklyky, perspektyvy, perevahy.
Suchasna stomatolohiia. 2018; 5: 20-23 p. [In Ukrainian].
10. Hrudianov AY, Zoryna OA. Metody dyahnostyky vospalytelnykh zabolevanyi parodonta.
Rukovodstvo dlia vrachei. M.: OOO Medytsynskoe ynformatsyonnoe ahentstvo; 2009.
112 p. [In Russian].
11. Patent Ukrainy na korysnu model № 104493: Sposib optymizatsii likuvannia kariiesu
zubiv z vykorystanniam lazernykh tekhnolohii: Burhonskyi VH, Mykolaichuk SI, Kholin VV,
vid 10.02.2016 roku, biul. №3 2016. [In Ukrainian]
12. Patent Ukrainy na korysnu model № 133310: Sposib optymizatsii likuvannia heneralizovanykh
zakhvoriuvan parodontu. Burhonskyi VH, Mykolaichuk SI, Kholin VV, Voitsekhovych
VS, Gayvoronsky VYa, Multian VV. vid 25.03.2019 biul. №6 2019. [In Ukrainian]
13. Rychard Dzh. Lamont, Robert A. Berne, Merylyn S. Lantts. Mykrobyolohyia y ym -
munolohyiadlia stomatolohov. Pod. red. prof. V.K. Leonteva. Moskva; 2010. 502 p. [In Russian].
14. Burgonskyi V, Mykolaichuk S. Photoactivated Disinfection and Backscattered Indicatrix
Usefor Follow-Upand Diagnostics of Generalized Periodontal Disease. Materialsof 7
EUROPEAN DIVISION CONGRESS OF THE WFLD, 20-22 June 2019, Parma, Italy.
15. VYa Gayvoronsky et al. Optical quality characterization of KDP crystals with incorporated
TiO2 nanoparticles and laser scattering experiment simulation, Ukr J Phys, vol 55, no
8, p 875, 2010.
16. VV Multian, VYa Gayvoronsky et al. Surface Response of Brominated Carbon
Media on Laser and Thermal Excitation: Optical and Thermal Analysis Study, Nanoscale Res
Lett., vol 12, no 1, p 146 (7pp), 2017.
17. VV Multian, AV Uklein, RL Dantec, Y Mugnier, MS Brodyn, and VYa Gayvoronsky.
Self-action effects manifestation in harmonic nanoparticles colloids, presented at the
NANOTECHNOLOGY and NANOMATERIALS NANO-2015, Lviv, Ukraine, 2015, p 337.
18. Nazir M A. Prevalence of periodontal disease, its association with systemic diseases
and prevention . International Journal of Health Sciences. 2017; 11 (2): 72–80.
19. AS Popov, VYa Gayvoronsky et al. Nonlinear optical response of the KDP single
crystals with incorporated TiO2 nanoparticles in visible range: effect of the nanoparticles concentration,
Funct Mater, vol 24, no 1, pp 5–10, 2017.
20. AS Popov et al. Nonlinear optical response of nanocomposites based on KDP single
crystal with incorporated Al2O3*nH2O nanofibriles under CW and pulsed laser irradiation at
532 nm, Opt Commun, vol 379, pp 45–53, 2016.
21. Rams Thomas & Degener John & van Winkelhoff Arie Jan. (2013). Antibiotic
Resistance in Human Chronic Periodontitis Microbiota . Journal of periodontology. p 85.
22. AV. Uklein, VV. Multian, and V.Ya. Gayvoronsky. Linear and Nonlinear Optical
Charcterizations of TiO2-Based Hybrids at the Self-Action of CW Laser Irradiation and Picosecond
Laser Pulses ; Ukr. J. Phys., vol. 58, pp. 1132–1137, 2013.
Опубліковано
2019-12-16
Розділ
ПАРОДОНТОЛОГІЯ