Опухолевые клетки, которые распространяют рак по всему организму через кровоток, столкнутся с новым врагом – лазерным лучом. Направленный на кожу пациента, он будет обнаруживать и уничтожать их, предотвращая тем самым возникновение вторичных очагов опухоли.
Новую методику борьбы со страшным заболеванием представила команда под руководством профессора Владимира Жарова (Vladimir Zharov) из Университета медицинских наук Арканзаса. Специалисты создали неинвазивное устройство под названием Cytophone ("Цитофон"), которое объединяет лазерные, ультразвуковые и акустические технологии.
Учёные поясняют, что распространение рака, или метастазирование, является основной причиной смерти от этого заболевания.
Рак распространяется, когда клетки первичных опухолей начинают путешествовать через кровоток и лимфатическую систему, оседая в новых областях тела и образуя вторичные очаги опухоли. Таким образом, болезнь может прогрессировать, даже когда первичная опухоль удалена.
Поэтому специалисты ищут способы уничтожать такие клетки до того, как они успеют обосноваться на новом месте.
Чтобы доказать состоятельность концепции, команда пригласила принять участие в испытании "Цитофона" пациентов с меланомой – одной из самых агрессивных форм рака кожи.
Процедура происходит следующим образом. Лазер, направленный на вену пациента, разогревает объекты, циркулирующие по организму вместе с кровью. Клетки меланомы поглощают больше энергии лазерного луча, чем нормальные клетки: тёмные наночастицы пигмента меланина в них быстро нагреваются и расширяются.
Это тепловое расширение создаёт звуковые волны (фотоакустический эффект), и такой "ответ" улавливается небольшим ультразвуковым преобразователем, размещённым над кожей рядом с лазером.
Дальше дело за программным обеспечением с быстрыми алгоритмами обработки сигналов: система сообщает врачу, когда раковые клетки таким образом обнаруживают себя в кровотоке.
При этом тот же лазер можно использовать для уничтожения плавающих в крови опухолевых клеток в режиме реального времени. Тепло от лазера вызывает образование пузырьков пара на этих клетках. Пузырьки расширяются и лопаются, взаимодействуя с клеткой и механически разрушая её.
В ходе испытаний система обнаружила циркулирующие раковые клетки у 27 из 28 пациентов, на что ушло от 10 секунд до 60 минут. У контрольной группы здоровых добровольцев прибор не обнаружил раковых клеток (таким образом была проведена проверка на ложные срабатывания).
Чувствительность "Цитофона" превысила тот же показатель существующих систем в тысячу раз. По словам исследователей, аппарат может обнаружить одну раковую клетку в литре крови (на исследование такого объёма уходит около часа).
Для традиционных на сегодняшний день анализов требуется образец крови объёмом 7,5 миллилитра. Но если концентрация раковых клеток в крови человека мала, то анализ не выявит в образце "плохих парней".
"Цитофон" же сумел обнаружить эти клетки даже в тех случаях, когда меланома не имела внешних признаков, то есть не была видна на коже, поскольку либо была слишком мала (ранние стадии), либо уже была удалена хирургическим путём.
Хотя целью данного исследования была проверка диагностических способностей устройства, учёные продемонстрировали его эффективность и в уничтожении раковых клеток.
Даже работая в низкоэнергетическом режиме диагностики, лазер убил значительное количество "вредителей" у шести пациентов. У одного из них, в частности, было уничтожено 96% опухолевых клеток, попавших под лазерный луч, сообщают исследователи.
Отмечается, что никаких побочных эффектов при этом не наблюдалось, здоровые клетки крови от воздействия лазера не пострадали.
Команда Жарова добавляет, лазер будет работать на поражение ещё более эффективно, когда в будущих исследованиях увеличится его мощность.
Кстати, идея создания "Цитофона" появилась у Владимира Жарова более десяти лет назад. С тех пор было проведено немало работы, в том числе доклинические испытания на животных и демонстрационные тесты, на основании которых клинические испытания одобрило Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA).
Это первый неинвазивный метод выявления циркулирующих в крови раковых клеток, который был испробован на людях.
Ранее было предложено по меньшей мере сто других устройств для подобного мониторинга. Эти системы обычно подразумевают отбор крови из вены и анализ вне тела.
Однако лишь одно такое устройство получило одобрение FDA для использования в медицинской практике. По размерам оно походит на духовой шкаф и обрабатывает небольшие образцы крови, предоставляя на выходе только снимок "вредителей". Этот вид диагностики используется при стандартном лечении рака, но крайне редко.
В самом ближайшем будущем "Цитофон" ожидают более крупные клинические испытания, а также проверка его совместимости с традиционными способами лечения меланомы. Ожидается, что новая технология усилит действие противораковых препаратов.
Также новое устройство поможет отследить эффективность противораковой терапии, фиксируя снижение концентрации плавающих в крови клеток опухоли. Такой мониторинг можно будет проводить регулярно, чтобы следить за динамикой лечения.
Жаров и его коллеги не исключают, что в будущем "Цитофон" можно будет применять и для диагностики других типов метастатического рака. Для этого соответствующие клетки нужно будет пометить, к примеру, наночастицами золота, которые, как меланин, вызовут нагревание клеток.
В заключение отметим, что фотоакустический эффект был впервые описан Александром Беллом в 1880 году, когда он передавал голосовые сигналы по аппарату под названием фотофон. Команда по аналогии окрестила своё устройство "Цитофоном", что в вольном переводе означает "сигнал, идущий из клетки".
Подробнее о своей разработке специалисты рассказывают в статье, представленной в журнале Science Translational Medicine.
Кстати, ранее учёные предложили останавливать рост опухолей, превращая раковые клетки в жировые. Также авторы проекта Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) сообщали о том, как метастазирование блокирует белковая терапия и наношарики, наполненные ядом.
