Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2024, № 11 · BIOMEDICAL RADIO ELECTRONICS

Comparative analysis of the metabolites composition for cyst tissues of various life support systems by high-resolution THz spectroscopy

V.L. Vaks1,2, V.A. Anfertev1,2, E.G. Domracheva1,2, M.B. Chernyaeva1,2, A.A. Ayzenshtadt1,3, K.A. Glushkova1,3, A.S. Cherniaeva1

1 Institute for Physics of Microstructures of RAS, Nizhnii Novgorod, Russia
2 Lobachevsky University, Nizhnii Novgorod, Russia
3 Children Clinical Hospital №1, Nizhnii Novgorod, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2024.11.27 UDC 535.343.4 EDN TWGBNF

Abstract

The work is devoted to the study of the chemical composition of tissue metabolites for the organs of the ear, throat and nose and various life support systems by high-resolution THz spectroscopy on the example of samples of relatively healthy mucous membranes and cysts of the paranasal sinuses, as well as the shell of the renal cyst and median cyst of the neck. A high-resolution THz spectrometer with phase manipulation developed by the authors, operating in the 115-178 GHz range, was used. The chemical compounds were identified by absorption lines using electronic databases. Rotational absorption lines of alcohols, nitriles and organosulfur compounds are detected both in the spectra of samples of relatively healthy mucous membranes and in the spectra of cystic tissues. However, in the spectra of a relatively healthy mucous membrane, the number of absorption lines of some of these chemicals is less than in the spectra of cysts, which indicates their lower concentration. In addition, during thermolysis of cystic tissue samples, substances such as ketones, organic acids, aldehydes, and nitriles are formed, which can be considered as potential biomarkers of the pathological state of the tissue. A comparative analysis of the spectra of the maxillary sinus cyst, the shell of the kidney cyst and the median cyst of the neck showed that they are similar with minor differences. Identification of similar substances in tissues with the same pathology, but in different life support systems of the body, may be the first step towards determining the metabolic profile of this pathology as a whole. Thus, the potential possibility of using high-resolution THz spectroscopy to analyze the metabolic composition of tissues of various life support systems is shown.

  • High-resolution THz spectroscopy
  • tissue metabolite
  • cyst
  • ear-nose-throat organs
  • life support system
  • chemical composition
  • products of thermal decomposition
Аннотация (на русском)

Сравнительный анализ состава метаболитов тканей кист различных систем жизнеобеспечения методом ТГц спектроскопии высокого разрешения

Работа посвящена изучению химического состава тканевых метаболитов для органов уха, горла и носа и различных систем жизнеобеспечения с помощью ТГц-спектроскопии высокого разрешения на примере образцов относительно здоровых слизистых оболочек и кист околоносовых пазух, а также оболочки почечной кисты и срединной кисты шеи. Был использован разработанный авторами ТГц-спектрометр высокого разрешения с фазовой манипуляцией, работающий в диапазоне 115-178 ГГц. Вещества были идентифицированы по линиям поглощения с использованием электронных баз данных. Как в спектрах образцов относительно здоровой слизистой оболочки, так и в спектрах кистозных тканей идентифицируются линии поглощения ряда спиртов, нитрилов и сероорганических соединений. Однако в спектрах относительно здоровой слизистой оболочки количество линий поглощения этих веществ значительно меньше, чем в спектрах кист, что свидетельствует об их меньшей концентрации. Кроме того, при термолизе образцов тканей кист образуются такие вещества, как кетоны, органические кислоты, альдегиды, нитрилы, которые можно рассматривать в качестве потенциальных биомаркеров патологического состояния ткани. Сравнительный анализ спектров кисты верхнечелюстной пазухи, оболочки кисты почки и срединной кисты шеи показал, что они схожи с незначительными различиями. Идентификация сходных веществ в тканях при одной и той же патологии, но в разных системах жизнеобеспечения организма, может стать первым шагом к определению метаболического профиля этой патологии в целом. Таким образом, показана потенциальная возможность использования ТГц-спектроскопии высокого разрешения для анализа метаболического состава тканей различных систем жизнеобеспечения.

For citation

Vaks V.L., Anfertev V.A., Domracheva E.G., Chernyaeva M.B., Ayzenshtadt A.A., Glushkova K.A., Cherniaeva A.S. Comparative analysis of the metabolites composition for cyst tissues of various life support systems by high-resolution THz spectroscopy // Journal of Radio Electronics. – 2024. – No. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.11.27

References

  1. Wishart D.S. et al. HMDB 4.0: the human metabolome database for 2018 //Nucleic acids research. - 2018. - Т. 46. - №. D1. - С. D608-D617.
  2. Вакс В.Л. и др. Спектроскопия высокого разрешения терагерцевого частотного диапазона для аналитических приложений //Успехи физических наук. - 2020. - Т. 190. - №. 7. - С. 765-776.
  3. Вакс В.Л. и др. Анализ выдыхаемого воздуха: физические методы, приборы и медицинская диагностика //Успехи физических наук. - 2014. - Т. 184. - №. 7. - С. 739-758.
  4. Lykina A.A. et al. Terahertz high-resolution spectroscopy of thermal decomposition gas products of diabetic and non-diabetic blood plasma and kidney tissue pellets //Journal of Biomedical Optics. - 2021. - Т. 26. - №. 4. - С. 043008-043008.
  5. Vaks V. et al. Studying the metabolites composition for tissues of ENT organs with high-resolution THz spectroscopy //2022 IEEE 8th All-Russian Microwave Conference (RMC). - IEEE, 2022. - С. 27-30.
  6. Pickett H.M. et al. Submillimeter, millimeter, and microwave spectral line catalog //Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 1998. - Т. 60. - №. 5. - С. 883-890.
  7. Endres C.P. et al. The cologne database for molecular spectroscopy, CDMS, in the virtual atomic and molecular data centre, VAMDC //Journal of Molecular Spectroscopy. - 2016. - Т. 327. - С. 95-104.
  8. Таунс Ч. и др. Радиоспектроскопия: Пер. с англ. - Иностранная литература, 1959.