Международный эндокринологический журнал Том 20, №8, 2024

Актуальність. Клінічна діагностика папілярного раку щитоподібної залози здійснюється переважно на стадії пухлинного прогресування. Цей процес супроводжується інтенсивними ростом, інвазією, утворенням судин для забезпечення кровопостачання пухлини, структуру та кількісні зміни якої можна більш інформативно точно оцінити за допомогою методів поляризаційної біомедичної оптики. Мета дослідження: обґрунтувати можливості застосування методів поляризаційної біомедичної оптики в діагностиці папілярного раку щитоподібної залози на основі принципів інтегративності та комплексного патофізіологічного підходу. Матеріали та методи. Вивчали дві групи хворих: контрольну (здорові донори; n = 51) та дослідну (пацієнти з папілярним раком щитоподібної залози, яким з діагностичною метою проводили пункційну біопсію; n = 51). Використовували фундаментальну ідею поляризаційної біомедичної оптики з двома аналітичними підходами — статистичним і топографічним (мультифрактальним). У дослідженні застосовували інструментальні лазерні методи: поляризаційний, інтерференційний, цифровий голографічний. Кількісно оцінювали статистичні параметри мап азимута поляризації, азимута поляризації фазових і мультифрактальних спектрів цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії щитоподібної залози у хворих на папілярний рак із визначенням cередньої, дисперсії, асиметрії та ексцесу. Вірогідність відмінностей порівняно з контролем, прийнятим за 100 %, оцінювали за допомогою параметричного критерію Стьюдента (р < 0,05). Результати. Виявлено вірогідне збільшення асиметрії та ексцесу азимута поляризації, вірогідне гальмування середньої азимута поляризації фазових цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії щитоподібної залози у хворих на папілярний рак, вірогідне збільшення асиметрії та ексцесу фазових цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії щитоподібної залози в осіб із папілярним раком. Показано вірогідне зростання дисперсії та вірогідне зниження асиметрії і ексцесу мультифрактальних спектрів мап азимута поляризації цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії щитоподібної залози в пацієнтів із папілярним раком. Висновки. Встановлене вірогідне зростання біофізичних оптичних показників цифрових мікро­скопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії щитоподібної залози хворих на папілярний рак зумовлено підвищеним розростанням сполучної тканини навколо трансформованих тиреоцитів та судин для забезпечення їхнього живлення. Вияв­лені вірогідне гальмування середньої азимута поляризації фазових цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів щитоподібної залози й вірогідне зниження асиметрії та ексцесу мультифрактальних спектрів мап азимута поляризації цифрових мікроскопічних зображень нативних гістологічних зрізів біопсії щитоподібної залози у хворих на папілярний рак зумовлені папілярним розростанням транс­формованих тиреоцитів як аморфного компонента в таких пацієнтів у результаті активації пухлинного прогресування з інтенсивними процесами росту, інвазії, утворенням судин для забезпечення кровопостачання пухлини.

Background. Clinical diagnosis of papillary thyroid cancer usually occurs at the stage of tumor progression accompanied by intensive processes of growth, invasion, formation of blood vessels to provide blood supply to the tumor, the structure and quantitative changes of which can be more informatively accurately assessed by polarization biomedical optics. The purpose of the study was to substantiate the possibility of using polarization biomedical optics methods in the diagnosis of papillary thyroid cancer based on the principles of comprehensiveness and integrated pathophysiology. Materials and methods. Two groups of patients were stu­died: the control group — healthy donors (n = 51), the experimental group — patients with papillary thyroid cancer (n = 51) who underwent a puncture biopsy of the thyroid gland for diagnostic purposes using the fundamental idea of polarization biomedical optics with two analytical approaches — statistical and topographic (multifractal). Instrumental laser methods were used: polarization, interference, digital holographic. The statistical parameters of polarization azimuth maps, polarization azimuth of phase and multifractal spectra of digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy from patients with papillary cancer were quantitatively evaluated with the determination of average, dispersion, asymmetry and excess. The significance of differences compared to the control, taken as 100 % was assessed using the Student’s parametric test (p < 0.05). Results. A signi­ficant increase in the asymmetry and excess of the polarization azimuth, a significant inhibition of the average polarization azimuth of phase digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy from patients with papillary cancer, a significant increase in the asymmetry and excess of phase digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy from patients with papillary cancer were revealed. A significant increase in dispersion and a probable decrease in the asymmetry and excess of multifractal spectra of polarization azimuth maps of digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy in patients with papillary cancer were shown. Conclusions. A significant increase in the biophysi­cal optical parameters of digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy of patients with papillary cancer was found due to increased growth of connective tissue around transformed T thyrocytes and blood vessels to provide their nutrition. A probable inhibition of the average azimuth of polarization of phase digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy of patients with papillary cancer and a probable decrease in the asymmetry and excess of multifractal spectra of polarization azimuth maps of digital microscopic images of native histological sections of thyroid biopsy of patients with papillary cancer are caused by papillary proliferation of transformed T thyrocytes as an amorphous component in patients with papillary cancer as a result of activation of tumor progression with intensive processes of growth, invasion, and formation of blood vessels to provide blood supply to the tumor.

пухлинне прогресування; папілярний рак; щитоподібна залоза; поляризаційна оптика; інтегративний комплексний патофізіологічний аналіз

tumor progression; papillary cancer; thyroid gland; polarization optics; integrative comprehensive pathophysiological analysis

1. Funkhouser WK. Pathology: the clinical description of human disease. Essential Concepts in Molecular Pathology. 2020:177-90. doi: 10.1016/B978-0-12-813257-9.00011-5.
2. Hatta MNA, Mohamad Hanif EA, Chin SF, Neoh HM. Pathogens and Carcinogenesis: A Review. Biology (Basel). 2021 Jun 15;10(6):533. doi: 10.3390/biology10060533.
3. Sinjab A, Han G, Wang L, Kadara H. Field Carcinogenesis in Cancer Evolution: What the Cell Is Going On? Cancer Res. 2020 Nov 15;80(22):4888-4891. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-20-1956.
4. Huang LY, Hsieh YP, Wang YY, Hwang DY, Jiang SS, et al. Single-Cell Analysis of Different Stages of Oral Cancer Carcinogenesis in a Mouse Model. Int J Mol Sci. 2020 Oct 31;21(21):8171. doi: 10.3390/ijms21218171.
5. Ushijima T, Clark SJ, Tan P. Mapping genomic and epigenomic evolution in cancer ecosystems. Science. 2021 Sep 24;373(6562):1474-1479. doi: 10.1126/science.abh1645.
6. Boucai L, Zafereo M, Cabanillas ME. Thyroid Cancer: A Review. JAMA. 2024 Feb 6;331(5):425-435. doi: 10.1001/jama.2023.26348.
7. Nabhan F, Dedhia PH, Ringel MD. Thyroid cancer, recent advances in diagnosis and therapy. Int J Cancer. 2021 Sep 1;149(5):984-992. doi: 10.1002/ijc.33690.
8. Chen DW, Lang BHH, McLeod DSA, Newbold K, Hay–mart MR. Thyroid cancer. Lancet. 2023 May 6;401(10387):1531-1544. doi: 10.1016/S0140-6736(23)00020-X.
9. Filetti S, Durante C, Hartl D, Leboulleux S, Locati LD, et al.; ESMO Guidelines Committee. Thyroid cancer: ESMO Clinical Practice Guidelines for diagnosis, treatment and follow-up. Ann Oncol. 2019 Dec 1;30(12):1856-1883. doi: 10.1093/annonc/mdz400.
10. Ushenko A, Dubolazov A, Zheng J, Litvinenko A, Gorsky M, et al. 3D polarization-interference holographic histology for wavelet-based differentiation of the polycrystalline component of biological tissues with different necrotic states. Forensic applications. J Biomed Opt. 2024 May;29(5):052920. doi: 10.1117/1.JBO.29.5.052920.
11. Rohovyi Y, Bilookyi O, Ushenko O, Bilookyi V. The principle of direct and negative feedback regulation of endocrine functions and the possibility of using polarization biomedical optic methods in the diagnosis of nodular goiter. International Journal of Endocrinology (Ukraine). 2024;20(4):316-322. doi: 10.22141/2224-0721.20.4.2024.1411.
12. Angelsky OV, Polyanskii PV. Some current trends of correlation optics metrology of coherence and polarization. Appl Opt. 2012 Apr 1;51(10):C100-10. doi: 10.1364/AO.51.00C100.
13. Ushenko VA, Sdobnov AY, Mishalov WD, et al. Biomedical applications of Jones-matrix tomography to polycrystalline films of biological fluids. Journal of Innovative Optical Health Sciences. 2019;12(6):1950017. doi: 10.1142/S1793545819500172.
14. Peyvasteh M, Dubolazov A, Popov A, et al. Two-point Stokes vector diagnostic approach for characterization of optically anisotropic biological tissues. Journal of Physics D: Applied Physics. 2020;53(39):395401. doi: 10.1088/1361-6463/ab9571.
15. Tymchik G, Skytsyuk VI, Klotchko TR, Lawicki T, Demsova N. Distortion of geometric elements in the transition from the ima–ginary to the real coordinate system of technological equipment. Proc. SPIE 10808, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High-Energy Physics Experiments. 2018. 108085C. doi: 10.1117/12.2501624.
16. Denault WRP, Gjessing HK, Juodakis J, Jacobsson B, Jugessur A. Wavelet Screening: a novel approach to analyzing GWAS data. BMC Bioinformatics. 2021 Oct 7;22(1):484. doi: 10.1186/s12859-021-04356-5.
17. Allili MS. Wavelet modeling using finite mixtures of generali–zed gaussian distributions: application to texture discrimination and retrieval. IEEE Trans Image Process. 2012 Apr;21(4):1452-64. doi: 10.1109/TIP.2011.2170701.
18. Abdullah MI, Junit SM, Ng KL, Jayapalan JJ, Karikalan B, Hashim OH. Papillary Thyroid Cancer: Genetic Alterations and Molecular Biomarker Investigations. Int J Med Sci. 2019 Feb 28;16(3):450-460. doi: 10.7150/ijms.29935.
19. Lam AK. Papillary Thyroid Carcinoma: Current Position in Epidemiology, Genomics, and Classification. Methods Mol Biol. 2022;2534:1-15. doi: 10.1007/978-1-0716-2505-7_1.
20. Mahajan S, Chattoraj J, Ciamarra MP. Emergence of li–near isotropic elasticity in amorphous and polycrystalline mate–rials. Phys Rev E. 2021 May;103(5-1):052606. doi: 10.1103/PhysRevE.103.052606.
21. Grigorev AM, Cherkesova EV. Rapid optical imaging of polycrystalline material structures. Appl Opt. 2018 May 20;57(15):4158-4163. doi: 10.1364/AO.57.004158.
22. Wu W, Wang L, Yang Y, Du W, Ji W, et al. Optical flexible biosensors: From detection principles to biomedical applications. Biosens Bioelectron. 2022 Aug 15;210:114328. doi: 10.1016/j.bios.2022.114328.