Экспресс-тест для оценки риска метастазирования раковой опухоли разработали российские ученые. Его можно провести за 1–3 часа, что существенно быстрее традиционных методов исследования образцов опухолевых тканей, которые требуют ожидания от нескольких дней до полумесяца, что может быть фатальным для пациента. Метод основан на светящихся частицах размером 200 нанометров. Они активно поглощаются злокачественными клетками, но не под силу здоровым. По этому принципу их можно легко дифференцировать, а также спрогнозировать интенсивность образования метастазов. Такие данные помогут своевременно назначить противоопухолевую терапию.
Тест во спасение
Ускоренный метод диагностики раковых клеток, которые распространяются по телу человека и порождают новые метастазы — вторичные злокачественные опухоли, — разработали ученые из лаборатории персонализированной химиолучевой терапии Московского физико-технического университета.
Экспресс-анализ занимает всего 1–3 часа. В результате специалисты получают возможность на ранней стадии засечь болезнетворный процесс, назначить пациенту необходимое лечение и тем самым спасти ему жизнь.
— Одна из главных причин смертности в мире — это рак. Причем в девяти случаях из десяти люди гибнут из-за образования и роста вторичных опухолей. Поэтому важно выявить начало метастатического процесса и подавить его как можно быстрее, — рассказала «Известиям» соавтор исследования, руководитель проекта, старший научный сотрудник МФТИ, Юлия Мерхер.
Ученые объяснили, что новый метод основан на повышенной потребности раковых клеток в питательных веществах и энергии. Они необходимы им для быстрого роста и деления. Оказалось, что по этому признаку злокачественные образования можно легко отличить от доброкачественных опухолей.
Специалисты провели эксперименты, в которых использовали модельные образцы клеток рака молочной железы. Они были инкубированы совместно с питательной субстанцией, содержащей частицы 100 или 200 нанометров. В результате выяснилось, что злокачественные клетки с поглощают более крупные частицы (200 нм). При этом мелкие молекулярные структуры (100 нм) преимущественно задерживаются на стенках больных клеток.
Также было замечено, что образцы более агрессивных опухолей поглощают вдвое больше наночастиц, чем образцы менее агрессивных образований. Вместе с тем доброкачественные клетки оказались неспособны к поглощению таких частиц в короткий промежуток времени.
— Метастазирующие раковые клетки, готовясь к захвату новых тканей, перестраивают свою оболочку, делая ее более пластичной. Это позволяет им передвигаться, подобно амебам. Также благодаря изменчивости формы они способны проглатывать частицы, сопоставимые с ними по размерам, что недоступно здоровым клеткам, — пояснил соавтор научной работы, заместитель заведующего лабораторией Сергей Леонов.
Для визуализации процесса молекулы-«наживки» были нагружены флуоресцентными красителями, добавила еще один участник исследования, младший научный сотрудник лаборатории Елизавета Контарева.
Поэтому, поместив исследуемые образцы в лучи определенной длины волны, специалисты получили возможность по наблюдаемым световым пятнам определять наличие наночастиц в клетках. При этом оказалось, что чем интенсивнее свечение, тем выше способность раковых клеток к поглощению наночастиц и, соответственно, к метастазированию.
Простые средства
Ученые пояснили, что экспериментальные данные были заложены в основу анализа метастатического потенциала раковых клеток. В результате была получена методика экспресс-тестирования опухолевых тканей.
— В конечном виде процесс выглядит так. Врачи проводят биопсию — берут образцы опухолевых тканей, затем выделяют клетки для анализа и помещают их в среду с питательными укрупненными наночастицами. Через некоторое время образцы подсвечивают, снимают фотокамерой и заводят изображения в программу, которая анализирует их и выдает диагноз. На его основе врач принимает решение о назначении противоопухолевой терапии. Весь процесс занимает не более трех часов, — рассказала Юлия Мерхер.
В дальнейшем по мере накопления статистических данных программа будет обучаться с помощью технологий искусственного интеллекта. Это, в свою очередь, еще более упростит ее использование и ускорит анализ опухолевых тканей.
— Преимущество нового метода — в том, что он не требует сложной аппаратуры, дорогостоящих препаратов и работы высококвалифицированного персонала. В наших исследованиях принимали участие стажеры — студенты первого и второго курсов МФТИ, которые, не имея опыта лабораторной работы, легко освоили данную методику, — сообщила Юлия Мерхер.
По ее мнению, при незначительной подготовке исследование по предложенной методике может провести любой лаборант, который умеет пользоваться компьютером. Вещества-маркеры, задействованные в исследовании, также доступны в свободной продаже. Это позволяет сделать экспресс-тест недорогим, широко тиражировать его и применять в различных клиниках и лабораториях.
Диагностика и лечение
С этим утверждением согласен заведующий лабораторией «Биомедицинские наноматериалы» Института науки и технологий МИСИС Максим Абакумов.
— Коллегами предложен быстрый и несложный метод. Он быстрее существующих аналогов и может существенно сократить время от диагностики до начала лечения, — прокомментировал эксперт.
Он пояснил, что метастазирование опухолей в процессе их развития является одной из серьезных проблем в современной онкологии. Зачастую именно их развитие представляет собой наибольшую угрозу для пациента. Своевременный анализ метастатического потенциала опухоли может помочь при выборе первой линии терапии и прогнозе эффективности лечения.
— Положительная сторона экспресс-анализа в том, что он улучшит прогнозирование болезнетворного процесса. Методы диагностики с помощью флуоресценции — очень чувствительные. Подсвечивание злокачественных клеток позволит точнее определять, как много микрометастазов содержится в опухоли и сколько их может еще появиться, — пояснил онколог, заместитель директора Московского научно-исследовательского онкологического института им. П.А. Герцена, филиала ФГБУ НМИЦ радиологии Минздрава России Борис Алексеев.
Он добавил, что если экспресс-исследование выявит образование метастаз на начальной стадии, то своевременная терапии значительно увеличат шансы на выздоровление пациента.
— Перспективным направлением предложенной методики будет ее применение в тераностике — науке, которая изучает создание и применение препаратов, которые производят диагностику и терапию заболеваний при помощи комбинированных материалов, — полагает заведующий отделом экспериментальной радиобиологии и радиационной медицины Федерального медицинского биофизического центра имени А.И. Бурназяна Федерального медико-биологического агентства России Андриян Осипов.
Специалист отметил, что создание таких материалов стало возможным благодаря интенсивному развитию нанотехнологий в последнее время.
По словам Юлии Мерхер, эффективность экспресс-теста в настоящее время подтверждена на лабораторных клеточных культурах. Научная статья, посвященная исследованиям, опубликована в авторитетном международном журнале Scientific Reports.
В будущем ученые намерены приступить к тестированию образцов опухолевых тканей людей. Договоренности о проведении соответствующих исследований уже заключены с профильными российскими научно-исследовательскими учреждениями. Ученые отметили, что исследования проводятся при поддержке Российского научного фонда.