Физики научились отслеживать процессы насыщения кожи водой в реальном времени

Ученые нашли способ в режиме реального времени наблюдать, как кожа теряет и восстанавливает уровень влаги. Метод оптической когерентной томографии, который по принципу работы можно сравнить с ультразвуком, позволил с высокой точностью измерить глубину и скорость обезвоживания тканей под действием спирта и противовоспалительных препаратов. Предложенный подход будет полезен в дерматологии и косметологии для тестирования накожных лекарственных форм, в том числе инновационных. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Skin Pharmacology and Physiology.

Увлажненность кожи, то есть содержание в ней воды, влияет на здоровье этого сложного органа, в частности, на его способность противостоять микробам и неблагоприятному действию окружающей среды. Чтобы исследовать, как кожа насыщается влагой и теряет ее, например, под действием лекарственных и косметических средств, ученые обычно используют поверхностные методы, однако они не позволяют заглянуть глубоко в ткани, а потому не дают возможность комплексно оценить состояние органа.

Ученые из Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского (Саратов) предложили использовать для наблюдения за увлажненностью кожи метод оптической когерентной томографии. Его можно сравнить с ультразвуком, только вместо звуковых волн здесь используется свет ближнего инфракрасного диапазона. Такой свет безопасен, он глубоко проникает в организм и, частично отражаясь от тканей, улавливается обратно датчиком. По таким «отражениям» строится объемное изображение невидимых глазу слоев органов. Оптическая когерентная томография уже широко используется в клинической практике для исследования структурных особенностей тканей, в частности для выявления болезней сетчатки глаза и поражений кожи. Однако такой метод визуализации ранее не применялся для отслеживания динамических изменений содержания воды в органах на различной глубине.

Авторы разработали алгоритм, который позволил сопоставить объемные изображения, полученные с помощью оптической когерентной томографии, с увлажненностью кожи: чем меньше воды оказывается в тканях, тем хуже они рассеивают свет. Это дало возможность «отрисовать» карту увлажненности кожи в режиме реального времени.

Исследователи протестировали подход в экспериментах с лабораторными животными. Ученые использовали крыс: им на небольшой участок кожи наносили спирт или препарат для лечения дерматита (глюкокортикостероид), растворенный в спирте. У части животных кожу при этом дополнительно обрабатывали ультразвуком для улучшения проникновения данных растворов в ткани.

Оптическая когерентная томография позволила исследователям увидеть, что спирт вызвал временное обезвоживание верхних слоев кожи крыс. После такого воздействия ткани возвращались к исходному состоянию примерно за 20 минут. При этом под действием ультразвука спирт глубже проникал в кожу, а восстановление происходило на 30% быстрее. При нанесении глюкокортикоида, растворенного в спирте, кожа крыс не смогла полностью вернуть исходную увлажненность даже спустя 30 минут, что было связано с влиянием самого действующего вещества.

«Наша работа имеет важное значение как для фундаментальных, так и для практических исследований на стыке оптики и биомедицины. В частности, предложенный подход можно использовать для оценки качества косметических увлажняющих средств, а также тестирования лекарств на возможные побочные эффекты, связанные с обезвоживанием кожи. В дальнейшем нам было бы интересно адаптировать разработанный метод для исследования патологических тканей», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Юлия Свенская, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории «Дистанционно управляемые системы для тераностики» Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского.