Глиомы являются наиболее распространенными опухолями головного мозга у взрослых пациентов. Их подразделяют на четыре степени в зависимости от их злокачественности, при этом глиомы высокой степени злокачественности несут наихудший прогноз для пациента. В настоящей работе для оценки окислительно-восстановительного состояния митохондрий и белок-липидного состава цитоплазмы клеток опухолевой и перитуморальной областей применяли микроспектроскопию комбинационного рассеяния (КР) с лазерным возбуждением 532 и 633 нм. Исследуемые препараты представляли собой срезы головного мозга толщиной 200-250 мкм, приготовленные из образцов тканей головного мозга пациента, удаленных во время операции. Все исследования были одобрены этическим комитетом Приволжского исследовательского медицинского университета на основе добровольного информированного согласия пациентов в соответствии с необходимыми этическими конвенциями. Мы продемонстрировали, что спектроскопия комбинационного рассеяния позволяет различать глиомы низкой и высокой степени злокачественности и отличать перитуморальные области от опухолевой области и нормальной коры (ткани доступа). Наши результаты указывают на увеличение относительного количества белка в опухолевых клетках при глиомах как низкой, так и высокой степени злокачественности. С помощью определенных КР-пиков показано, что относительное количество восстановленных цитохромов типов b, c и a в дыхательной цепи (электронно-транспортной цепи, ЭТЦ) повышено в клетках перитуморальной области при глиомах низкой степени злокачественности и снижено в клетках перитуморальной области при глиомах высокой степени злокачественности. Снижение относительного количества восстановленных цитохромов указывает на меньший уровень загруженности ЭТЦ электронами и может свидетельствовать об ускорении их переноса за счет образования суперкомплексов, состоящих из комплексов III и IV, в клетках перитуморальной области при глиомах высокой степени злокачественности. Редокс-состояние митохондриальной ЭТЦ также изменялось в глиомах высокой степени злокачественности по сравнению с глиомами низкой степени злокачественности. Собранный массив данных спектров комбинационного рассеяния, зарегистрированных от разных областей срезов тканей мозга пациентов, и описанные метаболические характеристики могут быть использованы для разработки инструментов ИИ для диагностики степеней и областей опухоли головного мозга. В целом микроспектроскопия КР позволяет выявить особенности метаболизма, характерные для перитуморальных областей при глиомах разной степени злокачественности.

Gliomas are the most common brain tumors in adult patients, which are classified into four grades according to their malignancy with high-grade gliomas carrying the worst prognosis for the patient. In the present study we applied Raman microspectroscopy with laser excitations at 532 and 633 nm to assess the mitochondria redox state and the lipid-protein composition of cytoplasm of cells in the tumoral and peritumoral regions. The studied preparations were 200-250 μm brain slices prepared from the patient brain tissue removed during the surgery. All studies were carried out with the permission of the Ethical Committee of the Privolzhskiy Research Medical University on the basis of informed consent of patients in accordance with the necessary ethical conventions. We demonstrated that Raman spectroscopy allows to discriminate between low-and high-grade gliomas and to distinguish peritumoral regions from the tumoral area and normal cortex (access tissue). Our results indicate the increase in the relative amount of protein in tumor cells under both low- and high-grade gliomas. Using the specified Raman peaks, we demonstrated that the relative amount of reduced cytochromes b, c and a in the respiratory chain (electron transport chain, ETC) was increased in cells of the peritumoral area under low-grade gliomas and decreased in cells of peritumoral area under high-grade gliomas. The decrease in the relative amount of reduced cytochromes indicates fewer electrons in the ETC and may suggest faster electron transfer due to the formation of the supercomplexes consisting of complexes III and IV in cells of peritumoral area under high-grade gliomas. The redox state of the mitochondrial ETC also changed in high-grade gliomas compared to the low-grade gliomas. The assembled dataset of Raman spectra acquired from different regions of patients tissue samples and the described metabolic characteristics was used for the development of the AI tools for the diagnostics of brain tumor grades and regions. Overall, Raman microspectroscopy allowes us to reveal the metabolic features specific for the peritumoral regions under gliomas of different grades.