The potential and prospects of the quantitative phase imaging (QPI) diagnostic technology in obstetrics and gynecology

Rationale: An important role of immunological factors in the endometriosis pathophysiology allows for their consideration as diagnostic and prognostic disease markers. A promising approach to the diagnosis of immunological abnormalities is based on the non-invasive cell diagnostic technology of quantitative phase imaging (QPI), with underlying principles of laser interferometry and holography. Aim: To assess the QPI potential to identify diagnostic criteria for cell immunity abnormalities in female patients with external endometriosis.

We performed a quantitative assessment of the cytotoxic potential of peripheral blood lymphocytes from 22 patients with endometrioid ovarian cysts (mean age, 27.1 ± 3.4 years), 20 patients with uterine leiomyoma (mean age, 29.3 ± 4.1 years) and 20 health non-pregnant women of child-bearing age (mean age, 28.7 ± 3.6 years). We used the non-invasive QPI technique with the module for phase interference microscopy of the Russian hardand software complex Bioni (Westtrade Ltd., Russia).

We studied phase interference pictures of native lymphocytes to identify morphological and densitometry characteristics for CD4+ и CD8+ cells. Two groups of cells were identified in the cytotoxic lymphocyte population, which differed in their values of the phase thickness (Hcyt) and the area of cytoplasm adjacent to the membrane and containing the perforin granules (Scyt). It was found, that in the healthy controls the proportion of perforin-positive cytotoxic CD8+ lymphocytes was 37.1 ± 5.15%, in the patients with endometriosis 29.8 ± 6.34%, and in those with uterine leiomyoma 42.6 ± 5.89%.

Assessment of the lymphocyte cytotoxic potential by quantitative determination of cells containing perforin granules may be an important diagnostic and prognostic criterion of the disease course.

Studies of the intracellular structures of lymphocytes by non-invasive and non-reagent technology QPI allows not only for a detailed evaluation of pathophysiological mechanisms of immune competent cell transformation in the course of a pathological process, but also gives future directions for development of new approaches to functional assessment of the immune system based on the results obtained. About the authors R. A. Lifenko Mineralnye Vody District Hospital Author for correspondence. Email: [email protected] Roman A. Lifenko – MD, PhD, Сhief Physician 59 Kislovodskaya ul., Mineralnye Vody, 357203 Russian FederationO. S. Popova Stavropol State Medical University Olga S. Popova – Postgraduate Student, Chair of Obstetrics and Gynaecology, Faculty of Postgraduate Education 310 Mira ul., Stavropol, 355017 Russian FederationA. G. Topuzov Mineralovodsk Interdistrict Maternity Hospital Aleksandr G. Topuzov – Chief Physician 21 Fevral'skiy per., Mineralnye Vody, 357200 Russian FederationV. D. Zverzhhovsky Moscow Technological University Vladislav D. Zverzhhovsky – Engineer, Specialized Educational and Scientific Laboratory of Coherent Phase Microscopy 78 Vernadskogo prospеkt, Moscow, 119454 Russian FederationReferences - Адамян ЛВ, ред. Сочетанные доброкачественные опухоли и гиперпластические процессы матки (миома, аденомиоз, гиперплазия эндометрия). Проект клинических рекомендаций по ведению больных. М.; 2015. 94 с. - Прилепская ВН, Иванова ЕВ, Тагиева АВ, Летуновская АБ. Эндометриоз: от трудностей диагностики к новым возможностям терапии. Гинекология. 2012;14(4):4–8. - Подзолкова НМ, Колода ЮА, Коренная ВВ. Наружный генитальный эндометриоз: взгляд репродуктолога. Фарматека. 2012;12(245):64–71. - Burney RO, Giudice LC. Pathogenesis and pathophysiology of endometriosis. Fertil Steril. 2012;98(3):511–9. doi: 10.1016/j.fertnstert.2012.06.029. - Facchin F, Barbara G, Saita E, Mosconi P, Roberto A, Fedele L, Vercellini P. Impact of endometriosis on quality of life and mental health: pelvic pain makes the difference. J Psychosom Obstet Gynaecol. 2015;36(4):135–41. doi: 10.3109/0167482X.2015.1074173 - Алексанова ЕМ, Аксененко ВА, Пилавова ОМ. Изменения местного иммунитета у пациенток с эндометриоидными кистами яичников на фоне недифференцированной дисплазии соединительной ткани. Фундаментальные исследования. 2014;(10–2): 245–50. - Линде ВА, Ермолова НВ, Колесникова ЛВ, Слесарева КВ, Ширинг АВ, Скачков НН. Содержание клеточных биорегуляторов в сыворотке крови и перитонеальной жидкости у женщин при формировании эндометриоидных кист яичников. Журнал фундаментальной медицины и биологии. 2012;(3): 58–64. - Miller JE, Ahn SH, Monsanto SP, Khalaj K, Koti M, Tayade C. Implications of immune dysfunction on endometriosis associated infertility. Oncotarget. 2017;8(4):7138–47. doi: 10.18632/oncotarget.12577. - Mu F, Harris HR, Rich-Edwards JW, Hankinson SE, Rimm EB, Spiegelman D, Missmer SA. A prospective study of inflammatory markers and risk of endometriosis. Am J Epidemiol. 2018;187(3):515–22. doi: 10.1093/aje/kwx272. - Гаспарян СА, Чотчаева СМ, Василенко ИА, Кастрикина ИС. Структурно-морфологические особенности тромбоцитов периферической крови при неразвивающейся беременности. Журнал акушерства и женских болезней. 2009;LVIII(3):7–11. - Ордиянц ИМ, Побединская ОС, Макаева ДА, Алиева ЭА. Цитоморфометрическое прогнозирование невынашивания ранней беременности. Мать и дитя в Кузбассе. 2014;(2):108–11. - Василенко ИА, Кардашова ЗЗ, Тычинский ВП, Вишенская ТВ, Лифенко РА, Валов АЛ, Иванюта ИВ, Агаджанян БЯ. Клеточная диагностика: возможности витальной компьютерной микроскопии. Вестник последипломного медицинского образования. 2009;(3–4):64–8. - Лысенко МА, Метелин ВБ, Баранова НВ. Опыт применения инновационных клеточных технологий в диагностике эндометриоидных кист яичников. Медицинский вестник Северного Кавказа. 2012;2(26):33–6. - Chang CW, Cheong ML, Chang GD, Tsai MS, Chen H. Involvement of Epac1/Rap1/CaMKI/ HDAC5 signaling cascade in the regulation of placental cell fusion. Mol Hum Reprod. 2013;19(11):745–55. doi: 10.1093/molehr/gat050. - Цалман АЯ, Ватазин АВ, Василенко ИА, Метелин ВБ, Вышенская ТВ. Интерференционная фазометрия ядерных структур лимфоцитов при трансплантации почки. Клиническая нефрология. 2010;(6):43–7. - Вышенская ТВ, Болотова АА, Василенко ИА, Звержховский ВД, Болдырев ДВ, Кретушев АВ, Евдокимов АА. Метод определения цитотоксического потенциала по фазовым изображениям CD8+ лимфоцитов. Биофизика. 2016;61(3):523–7. - Кадагидзе ЗГ, Заботина ТН, Короткова ОВ, Табаков ДВ, Черткова АИ, Борунова АА, Панчук ИО, Самойленко ИВ, Харкевич ГЮ, Демидов ЛВ. Влияние ипилимумаба на субпопуляционную структуру лимфоцитов больных диссеминированной меланомой. Практическая онкология. 2017;18(3):285–97. - Борунова АА, Чкадуа ГЗ, Заботина ТН. Перфорин-опосредованная цитотоксичность CD16+-лимфоцитов. Иммунология. 2006;27(1):4–6. - Voskoboinik I, Sutton VR, Ciccone A, House CM, Chia J, Darcy PK, Yagita H, Trapani JA. Blood. Perforin activity and immune homeostasis: the common A91V polymorphism in perforin results in both presynaptic and postsynaptic defects in function. 2007;110(4):1184–90. doi: 10.1182/blood-2007-02-072850. - Moreno-Hagelsieb G, Vitug B, Medrano-Soto A, Saier MH Jr. The Membrane Attack Complex/Perforin Superfamily. J Mol Microbiol Biotechnol. 2017;27(4):252–67. doi: 10.1159/000481286. - Khan KN, Kitajima M, Hiraki K, Fujishita A, Sekine I, Ishimaru T, Masuzaki H. Immunopathogenesis of pelvic endometriosis: role of hepatocyte growth factor, macrophages and ovarian steroids. Am J Reprod Immunol. 2008;60(5):383–404. - Jeung I, Cheon K, Kim MR. Decreased Cytotoxicity of Peripheral and Peritoneal Natural Killer Cell in Endometriosis. Biomed Res Int. 2016;2016:2916070. doi: 10.1155/2016/2916070.