cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2022-538cardiotomsk-1873Research ArticleКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯCLINICAL STUDIESИспользование спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния для поиска фармакодинамических предикторов ответа на антиагрегантную терапиюSurface-enhanced Raman spectroscopy for searching pharmacodynamic predictors of response to antiplatelet therapyhttps://orcid.org/0000-0003-4052-1604МоисееваЕ. М.MoiseevaE. M.

Моисеева Екатерина Михайловна, младший научный сотрудник, научно-образовательный математический центр «Центр клинических исследований»

236041, Калининград, ул. Александра Невского, 14

Ekaterina M. Moiseeva, Junior Research Scientist, Clinical Research Center

14, Alexander Nevsky str., Kaliningrad, 236041

emoiseeva@kantiana.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2503-9580РафальскийВ. В.RafalskiyV. V.

Рафальский Владимир Витальевич, д-р мед. наук, профессор, директор научно-образовательного центра «Центр клинических исследований»

236041, Калининград, ул. Александра Невского, 14

Vladimir V. Rafalskiy, Dr. Sci. (Med.), Professor, Director of the Clinical Research Center

14, Alexander Nevsky str., Kaliningrad, 236041

v.rafalskiy@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7593-9739СоколовА. Н.SokolovA. N.

Соколов Андрей Николаевич, канд. техн. наук, доцент, образовательный научный кластер «Институт высоких технологий»

236041, Калининград, ул. Александра Невского, 14

Andrei N. Sokolov, Cand. Sci. (Engineer), Associate Professor, Institute of High Technologies

14, Alexander Nevsky str., Kaliningrad, 236041

AnSokolov@kantiana.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9766-1408ЗюбинА. Ю.ZyubinA. Yu.

Зюбин Андрей Юрьевич, канд. физ.-мат. наук, заведующий лабораторией математического моделирования оптических свойств наноструктур, Северо-западный математический центр имени Софьи Ковалевской

236041, Калининград, ул. Александра Невского, 14

Andrey Yu. Zyubin, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Head of the Laboratory for Mathematical Modeling of Optical Properties of Nanostructures, Northwestern Mathematical Center named after Sofia Kovalevskaya

14, Alexander Nevsky str., Kaliningrad, 236041

azubin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3954-6724БычковаЯ. А.BychkovaYa. A.

Бычкова Яна Анатольевна, магистр 1-го года обучения, направление «Перспективные методы искусственного интеллекта в сетях передачи и обработки данных»; техник лаборатории математического моделирования оптических свойств наноструктур, Северо-западный математический центр имени Софьи Ковалевской

236041, Калининград, ул. Александра Невского, 14

Yana A. Bychkova, Master of 1 year of study in “Advanced methods of artificial intelligence in data transmission and processing networks”; Technician, Laboratory of Mathematical Modeling of Optical Properties of Nanostructures NMC “Northwest Mathematical Center Named after Sofia Kovalevskaya”

14, Alexander Nevsky str., Kaliningrad, 236041

18377@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5026-7510СамусевИ. Г.SamusevI. G.

Самусев Илья Геннадьевич, канд. физ.-мат. наук, директор научно-образовательного центра «Фундаментальная и прикладная фотоника. Нанофотоника»

236041, Калининград, ул. Александра Невского, 14

Ilia G. Samusev, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Director of Scientific and Educational Center “Fundamental and Applied Photonics. Nanophotonics”

14, Alexander Nevsky str., Kaliningrad, 236041

ISamusev@kantiana.ruБалтийский федеральный университет имени Иммануила КантаРоссияImmanuel Kant Baltic Federal UniversityRussian Federation202331082023383185193Copyright © Моисеева Е.М., Рафальский В.В., Соколов А.Н., Зюбин А.Ю., Бычкова Я.А., Самусев И.Г., 20232023Моисеева Е.М., Рафальский В.В., Соколов А.Н., Зюбин А.Ю., Бычкова Я.А., Самусев И.Г.Moiseeva E.M., Rafalskiy V.V., Sokolov A.N., Zyubin A.Y., Bychkova Y.A., Samusev I.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/1873Цель исследования

Цель исследования: изучить возможность применения спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света (ГКРС) для поиска фармакодинамических биомаркеров, позволяющих прогнозировать ответ пациентов на антиагрегантную терапию (АТ).

Материал и методы

Материал и методы. Общее количество участников исследования составило 152. Субъекты были разделены на 4 группы: здоровые добровольцы, не получавшие АТ (группа 1) и получавшие ацетилсалициловую кислоту (АСК) (группа 2); пациенты, страдающие сердечно-сосудистыми заболеваниями (ССЗ) без АТ (группа 3) и получавшие АТ (группа 4). У всех субъектов была проведена агрегометрия и изучение ГКРС-спектров тромбоцитов. Для получения ГКРС-спектров тромбоцитов был разработан оригинальный оптический сенсор на основе модифицированной золотыми частицами наноструктурированной титановой поверхности.

Результаты

Результаты. Выявлены статистически значимые различия по интенсивностям ГКРС-спектров тромбоцитов, полученных в группах 1 и 3, а также в группах 2 и 4 для четырех частотных сдвигов (ЧС) ГКРС, а именно – 485, 505, 990, 1465 см−1. Выявлены корреляции между ГКРС-спектрами группы 2 и результатами агрегометрии с активатором Coll/ADP; между ГКРС-спектрами всех субъектов групп 1–4 и результатами агрегометрии с активатором P2Y; между ГКРС-спектрами, полученными в группе 4, и результатами агрегометрии с активатором P2Y.

Заключение

Заключение. Метод ГКРС-спектроскопии может быть использован для диагностики состояния тромбоцитов у пациентов с ССЗ и мониторинга эффектов АТ. Для изучения фармакодинамических эффектов АТ наиболее подходящими являются значения интенсивностей ГКРС-спектров на ЧС – 485, 505, 990, 1465 см–1. Выявленные спектральные изменения тромбоцитов у пациентов с ССЗ коррелируют с изменениями агрегометрии с активатором P2Y, что указывает на возможность использования метода ГКРС-спектроскопии для оценки фармакодинамических эффектов ингибиторов P2Y12 рецепторов.

Aim

Aim: To study the possibility of applying surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) in the search for pharmacodynamic biomarkers to predict patients' response to antiplatelet therapy (AT).

Material and Methods

Material and Methods. The study included 152 healthy volunteers and patients with cardiovascular disease (CVD). They were divided into four groups: healthy volunteers did not receive (group 1) and receiving (group 2) acetylsalicylic acid (ASA); patients with CVD receiving (group 3); and who did not receive AT (group 4). Gold particle-modified nanostructured titanium surfaces were developed to obtain SERS spectra of the platelets. To obtain GRS spectra of platelets, an original optical sensor was developed based on a nanostructured titanium surface modified with gold particles.

Results

Results. Statistically significant differences were detected in some SERS spectra intensities between both group 1 vs group 3 and group 1 vs group 4 at four SERS frequency shifts (FS): 485, 505, 990, 1465 cm–1. Correlations were found between the SERS spectra of group 2 and the results of aggregometry under the Coll/ADP activator. The SERS spectra of all participants and the results of aggregometry under the P2Y activator; the SERS spectra of the patients in group 4 and the results of aggregometry under the P2Y activator also were found.

Conclusion

Conclusion. SERS spectroscopy can be used to detect and differentiate changes in the molecular structure of platelets after exposure to CVD or AT. The SERS spectrum intensities most suitable for the study of AT pharmacodynamic effects are 485, 505, 990 and 1465 cm–1. The detected spectral changes of peripheral blood platelets in patients with CVD correlate with the aggregometry changes obtained using a P2Y activator cartridge.

тромбоцитыантиагрегантыГКРС-спектроскопияфармакокинетикаацетилсалициловая кислотаклопидогрелplateletsantiplatelet agentsSERS-spectroscopypharmacokineticsacetylsalicylic acidclopidogrelА.Ю. Зюбин и Я.А. Бычкова были поддержаны за счет средств Соглашения с Министерством образования и науки РФ № 075-02-2023-934.Zyubin A.Yu. and Bychkova Ya.A. were supported at the expense of the Agreement with the Ministry of Education and Science of the Russian Federation No. 075-02-2023-934.ReferencesЕстественное движение населения Российской Федерации. Федеральная служба государственной статистики. URL: https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13269 (18.01.2023).The natural movement of the population of the Russian Federation. Federal State Statistics Service. URL: https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13269 (18.01.2023).Стабильная ишемическая болезнь сердца: Клинические рекомендации. Российское кардиологическое общество. Российский кардиологический журнал. 2020;25(11):4076. DOI: 10.15829/29/1560-4071-2020-4076.Stable Coronary Heart Disease: Clinical Guidelines. Russian Society of Cardiology. Russian Journal of Cardiology. 2020;25(11):4076. (In Russ.). DOI: 10.15829/29/1560-4071-2020-4076.Гончаров М.Д., Гринштейн Ю.И., Савченко А.А. Особенности продукции активных форм кислорода тромбоцитами и нейтрофилами в формировании недостаточного ответа на ацетилсалициловую кислоту у пациентов с ишемической болезнью сердца после операции коронарного шунтирования. Трансляционная медицина. 2022;9(1):12–28. DOI: 10.18705/2311-449-2022-9-1-12-28.Goncharov M.D., Grinshtein Yu.I., Savchenko A.A. Features of the reactive oxygen species production by platelets and neutrophils in the formation of an insufficient response to acetylsalicylic acid in patients with coronary heart disease after coronary bypass surgery. Translational Medicine. 2022;9(1):12–28. (In Russ.). DOI: 10.18705/2311-449-2022-9-1-12-28.Karunawan N.H., Pinzon R.T. Prevalence of aspirin and clopidogrel resistance in patients with recurrent ischaemic cerebrovascular disease. Eur. Cardiol. Feb. 2021;16:e72. DOI: 10.15420/ecr.2021.16.PO16.Karunawan N.H., Pinzon R.T. Prevalence of aspirin and clopidogrel resistance in patients with recurrent ischaemic cerebrovascular disease. Eur. Cardiol. Feb. 2021;16:e72. DOI: 10.15420/ecr.2021.16.PO16.Ebrahimi P., Farhadi Z., Behzadifar M., Shabaninejad H., Abolghasem Gorji H., Taheri Mirghaed M. et al. Prevalence rate of laboratory defined aspirin resistance in cardiovascular disease patients: A systematic review and meta-analysis. Caspian J. Intern. Med. 2020;11(2):124–134. DOI: 10.22088/cjim.11.2.124.Ebrahimi P., Farhadi Z., Behzadifar M., Shabaninejad H., Abolghasem Gorji H., Taheri Mirghaed M. et al. Prevalence rate of laboratory defined aspirin resistance in cardiovascular disease patients: A systematic review and meta-analysis. Caspian J. Intern. Med. 2020;11(2):124–134. DOI: 10.22088/cjim.11.2.124.Guirgis M., Thompson P., Jansen S. Review of aspirin and clopidogrel resistance in peripheral arterial disease. J. Vasc. Surg. 2017;66(5):1576–1586. DOI: 10.1016/j.jvs.2017.07.065.Guirgis M., Thompson P., Jansen S. Review of aspirin and clopidogrel resistance in peripheral arterial disease. J. Vasc. Surg. 2017;66(5):1576–1586. DOI: 10.1016/j.jvs.2017.07.065.Эверстова Т.Е., Николаева Т.Я. Проблемы резистентности к ацетилсалициловой кислоте в профилактике ишемического инсульта (обзор литературы). Сибирское медицинское обозрение. 2020;(3):47–53. DOI: 10.20333/2500136-2020-3-47-53.Everstova T.E., Nikolaeva T.Y. Problems of resistance to acetylsalicylic acid in the prevention of ischemic stroke (literature review). Siberian Medical Review. 2020;(3):47–53. (In Russ.). DOI: 10.20333/2500136-2020-3-47-53.Pereira N.L., Rihal C.S., So D.Y.F., Rosenberg Y., Lennon R.J., Mathew V. et al. Clopidogrel pharmacogenetics. Circ. Cardiovasc. Interv. 2019;12(4):e007811. DOI: 10.1161/CIRCINTERVENTIONS.119.007811.Pereira N.L., Rihal C.S., So D.Y.F., Rosenberg Y., Lennon R.J., Mathew V. et al. Clopidogrel pharmacogenetics. Circ. Cardiovasc. Interv. 2019;12(4):e007811. DOI: 10.1161/CIRCINTERVENTIONS.119.007811.Vardon-Bounes F., Garcia C., Piton A., Series J., Gratacap M.P., Poëtte M. et al. Evolution of platelet activation parameters during septic shock in intensive care unit. Platelets. 2022;33(6):918–925. DOI: 10.1080/09537104.2021.2007873.Vardon-Bounes F., Garcia C., Piton A., Series J., Gratacap M.P., Poëtte M. et al. Evolution of platelet activation parameters during septic shock in intensive care unit. Platelets. 2022;33(6):918–925. DOI: 10.1080/09537104.2021.2007873.Khan H., Kanny O., Syed M.H., Qadura M. Aspirin resistance in vascular disease: A review highlighting the critical need for improved point-of-care testing and personalized therapy. Int. J. Mol. Sci. 2022;23(19):11317. DOI: 10.3390/ijms231911317.Khan H., Kanny O., Syed M.H., Qadura M. Aspirin resistance in vascular disease: A review highlighting the critical need for improved point-of-care testing and personalized therapy. Int. J. Mol. Sci. 2022;23(19):11317. DOI: 10.3390/ijms231911317.Wan H., Han W., Wu Z., Lie Z., Li D., Su S. Whole blood dynamic platelet aggregation counting and 1-year clinical outcomes in patients with coronary heart diseases treated with clopidogrel. Platelets. 2021;32(7):968–974. DOI: 10.1080/09537104.2020.1817886.Wan H., Han W., Wu Z., Lie Z., Li D., Su S. Whole blood dynamic platelet aggregation counting and 1-year clinical outcomes in patients with coronary heart diseases treated with clopidogrel. Platelets. 2021;32(7):968–974. DOI: 10.1080/09537104.2020.1817886.Pocock S.J., McCormack V., Gueyffier F., Boutitie F., Fagard R.H., Boissel J.P. A score for predicting risk of death from cardiovascular disease in adults with raised blood pressure, based on individual patient data from randomised controlled trials. BMJ. 2001;323(7304):75–81. DOI: 10.1136/bmj.323.7304.75.Pocock S.J., McCormack V., Gueyffier F., Boutitie F., Fagard R.H., Boissel J.P. A score for predicting risk of death from cardiovascular disease in adults with raised blood pressure, based on individual patient data from randomised controlled trials. BMJ. 2001;323(7304):75–81. DOI: 10.1136/bmj.323.7304.75.Piao J., Yoo C., Kim S., Whang Y.W., Choi C.U., Shin S. Performance comparison of the PFA-200 and Anysis-200: Assessment of bleeding risk screening in cardiology patients. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2021;79(3):445–454. DOI: 10.3233/CH-211185.Piao J., Yoo C., Kim S., Whang Y.W., Choi C.U., Shin S. Performance comparison of the PFA-200 and Anysis-200: Assessment of bleeding risk screening in cardiology patients. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2021;79(3):445–454. DOI: 10.3233/CH-211185.Lordkipanidzé M., Hvas A.-M., Harrison P. Clinical Tests of Platelet Function. In: Platelets; 2019:593–608. [Internet]. URL: https://www.researchgate.net/topic/Platelets/publications (17.03.2023).Lordkipanidzé M., Hvas A.-M., Harrison P. Clinical Tests of Platelet Function. In: Platelets; 2019:593–608. [Internet]. URL: https://www.researchgate.net/topic/Platelets/publications (17.03.2023).Zyubin A., Rafalskiy V., Tcibulnikova A., Moiseeva Е., Matveeva К., Tsapkova А. et al. Surface-enhanced Raman spectroscopy for antiplatelet therapy effectiveness assessment. Laser Physics Letters. 2020;17(4). DOI: 10.1088/1612-202X/ab7be5.Zyubin A., Rafalskiy V., Tcibulnikova A., Moiseeva Е., Matveeva К., Tsapkova А. et al. Surface-enhanced Raman spectroscopy for antiplatelet therapy effectiveness assessment. Laser Physics Letters. 2020;17(4). DOI: 10.1088/1612-202X/ab7be5.Paniccia R., Priora R., Liotta A.A., Abbate R. Platelet function tests: a comparative review. Vasc. Health Risk Manag. 2015;11:133–148. DOI: 10.2147/VHRM.S44469.Paniccia R., Priora R., Liotta A.A., Abbate R. Platelet function tests: a comparative review. Vasc. Health Risk Manag. 2015;11:133–148. DOI: 10.2147/VHRM.S44469.Рафальский В.В., Зюбин А.Ю., Моисеева Е.М., Самусев И.Г. Перспективы применения метода спектроскопии комбинационного рассеяния света (рамановской спектроскопии) в кардиологии. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2020;19(1):70–77. DOI: 10.15829/1728-8800-2020-1-2394.Rafalsky V.V., Zyubin A.Yu., Moiseeva E.M., Samusev I.G. Prospects for Raman spectroscopy in cardiology. Cardiovascular Therapy and Prevention. 2020;19(1):70–77. (In Russ.). DOI: 10.15829/1728-8800-2020-1-2394.Quarin S., Strobbia P. Recent advances towards point-of-care applications of surface-enhanced raman scattering sensing. Front. Chem. 2021;9:714113. DOI: 10.3389/fchem.2021.714113.Quarin S., Strobbia P. Recent advances towards point-of-care applications of surface-enhanced raman scattering sensing. Front. Chem. 2021;9:714113. DOI: 10.3389/fchem.2021.714113.Atkins C.G., Buckley K., Blades M.W., Turner R.F. Raman spectroscopy of blood and blood components. Applied spectroscopy. 2017;71(5):767–793. DOI: 10.1177/0003702816686593.Atkins C.G., Buckley K., Blades M.W., Turner R.F. Raman spectroscopy of blood and blood components. Applied spectroscopy. 2017;71(5):767–793. DOI: 10.1177/0003702816686593.Sang Y., Roest M., de Laat B., de Groot P.G., Huskens D. Interplay between platelets and coagulation. Blood Rev. 2021;46:100733. DOI: 10.1016/j.blre.2020.100733.Sang Y., Roest M., de Laat B., de Groot P.G., Huskens D. Interplay between platelets and coagulation. Blood Rev. 2021;46:100733. DOI: 10.1016/j.blre.2020.100733.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.