Поиск - новости науки и техники

Уловить дыхание. В России разработана уникальная методика диагностики состояния новорожденных

Одной из серьезных проблем современной педиатрии и, в частности, неонаталогии является точная диагностика состояния здоровья недоношенных детей. Младенцы, родившиеся раньше срока и с крошечным весом (иногда менее одного килограмма), требуют интенсивной терапии в специализированных отделениях реанимации. Но прежде, чем приступить к реанимационным мероприятиям, врач должен поставить диагноз и в дальнейшем чутко следить за изменением самочувствия недоношенного ребенка, что не так легко сделать, поскольку даже простейшие манипуляции (например, взятие клинического анализа крови) травмируют и без того слабого малыша. Однако сегодня помимо традиционных лабораторных исследований наука может предложить инновационные неинвазивные методы диагностики, которые безо всякого вреда для младенцев позволяют проследить динамику их состояния.

В конце прошлого года проект создания методики неинвазивной диагностики новорожденных по анализу выдыхаемого воздуха методами масс-спектрометрии высокого и сверхвысокого разрешения получил поддержку Минобрнауки в рамках ФЦП “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы” (грант 2014-14-585-0014-027, RFMEFI61314X002514). Проект выполняется в ФГБУ “Научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И.Кулакова” Минздрава РФ коллективом ученых под руководством заведующего Отделом системной биологии в репродукции кандидата физико-математических наук Владимира ­Франкевича. В разговоре о ходе выполнения работы также участвовали заведующая лабораторией протеомики и метаболомики Наталия Стародубцева и старший научный сотрудник лаборатории Виталий ­Чаговец.
– Для начала хотелось бы узнать о предыстории проекта.
В.Франкевич: – Мы имеем дело с очень недоношенными детьми – с весом от 500 г до 1 кг, которые находятся в отделении реанимации и интенсивной терапии на искусственной вентиляции легких. Центр старается выхаживать таких младенцев, хотя это очень непросто.
Н.Стародубцева: – И все же у нас есть прецеденты, когда выживали детишки, родившиеся с весом от 480 г!
В.Франкевич: – Одна из основных проблем состоит в том, что с такими детьми очень трудно проводить какие-то врачебные манипуляции, даже традиционный забор крови подчас превращается для них в серьезное испытание. Поэтому и возникла идея попробовать найти какой-то новый способ диагностики, основанный, например, на анализе выдыхаемого младенцем воздуха.
– У них же, наверное, практически неосязаемое дыхание. Неужели по нему можно распознать состояние организма?
В.Франкевич: – Конечно. Наш метод, основанный на масс-спектрометрии, очень чувствительный и позволяет обнаруживать в выдыхаемом воздухе большое количество различных веществ. Мы разрабатываем методы для диагностики самых распространенных патологий: респираторных нарушений, легочной недостаточности, пневмонии, дисплазии. И все потому, что дыхание человека является уникальным, так же как отпечатки пальцев.
– Дыхание меняется в зависимости от того, болен ребенок или здоров?
В.Франкевич: – Естественно. Оно зависит от состояния, и у каждого человека оно индивидуально. Для того чтобы поставить диагноз, используют биомаркеры – вещества, характеризующие различные заболевания. Не углубляясь в масс-спектрометрию, отмечу, что у каждого заболевания есть свои “пики” и есть хорошо известные биомаркеры различных состояний, например, рака легких, которые сейчас широко используются в диагностике взрослых пациентов, например, в Институте пульмонологии.
– А как получить эти биомаркеры?
Н.Стародубцева: – В легких постоянно происходит испарение веществ с клеток дыхательных путей, с поверхности альвеол. Набор этих веществ отражает состояние альвеол бронхов. Можно характеризовать и состояние крови, поскольку она омывает альвеолы и обменивается растворенными в ней соединениями с клетками дыхательной системы. Спектр этих соединений мы и регистрируем.
В.Франкевич: – Есть показательный эксперимент: в одной из зарубежных лабораторий сравнивали результаты масс-спектрометрического анализа крови и анализа выдыхаемого воздуха, и была показана высокая степень корреляции наблюдаемых веществ. То есть не всегда обязательно сдавать кровь,  огда достаточно просто подышать в трубочку.
Н.Стародубцева: – Недавно вышла статья об этом эксперименте. Наши коллеги в Цюрихе показали на мышке, которой ввели некоторое активное вещество, что его концентрацию можно с одинаковым успехом установить как по крови, так и по выдыхаемому животным воздуху. То есть для проведения клинических исследований можно не мучать мышку забором крови, а просто исследовать ее дыхание.
В.Франкевич: – Это очень важно и для маленьких детей, когда в качестве терапии им, например, вводят антибиотики, и совершенно не понятно, достаточна ли дозировка, эффективен ли конкретный препарат, или его прием надо скорректировать. С использованием нашей методики по спектру выдыхаемого воздуха можно определить тот момент, когда концентрация лекарства уменьшилась до такой степени, что необходима следующая доза.
– А как вы собираете выдыхаемый воздух?
В.Франкевич: – Младенцы дышат через аппараты искусственной вентиляции легких, для этого в их легкие введена тонкая трубочка – из нее-то мы и берем воздух. Пока приходится работать дистанционно, набирая его в стерильный пакет, или можно взять конденсат воздуха, анализ которого дает ту же картину, но собрать его значительно проще. В идеале хорошо бы соединить все инкубаторы с одним масс-спектрометром, который будет обрабатывать дыхание всех младенцев и в режиме реального времени выдавать ответ, сравнивая полученные результаты с базой данных биомаркеров.
– Владимир, вы и сотрудники вашего отделения – физики. Объясните, какая в данном случае связь между физической наукой и медициной?
В.Франкевич: – Все завязано на масс-спектрометрии, то есть точном измерении масс ионов частиц, а к чему это приложить – вариантов много, среди них – и медицина, и фармацевтика. Я действительно по образованию физик, окончил Физтех, потом долгое время работал в Швейцарии, много занимался развитием самих масс-спектрометров, улучшением их качества, быстродействия, разрешающей способности, и примерно год назад меня совершенно неожиданно пригласил в Научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии его директор академик Геннадий Сухих. Здесь моя группа работает в тесном контакте с врачами высшей квалицикации – заведующим отделением неонатологии и педиатрии Виктором Зубковым и заведующим отделением реанимации и интенсивной терапии Олегом Ионовым.
Н.Стародубцева: – Лаборатория протеомики и метаболомики, на базе которой все происходит, два года назад была создана профессором Евгением Николаевым из ИБХФ РАН. А в этом году и в МФТИ профессором Николаевым основана аналогичная лаборатория по масс-спектрометрии, и одна из ее ключевых задач – продвижение этого метода в область хирургии. Масс-спектрометрия все связывает как метод. Он один из самых чувствительных, точных и воспроизводимых. В медицине для диагностики исторически в основном применяют иммуноферментные методы анализа (то есть с использованием антител). Их главный недостаток в том, что вы можете в разных лабораториях получить разный результат. Все зависит от производителя антител! С масс-спектрометрией таких проблем нет, вы получаете одни и те же результаты независимо от того, где делали анализ.
– Почему же эти чудесные методы не используются у нас?
В.Франкевич: – В России они только начинают входить в практику. Определяющая составляющая – это цена прибора. Оте­чественных приборов, которые применимы в медицине, пока нет, а зарубежные дороги.
В.Чаговец: – Группа предприятий Российской академии наук и госкорпорации “Росатом” разработала масс-спектрометр для энергетической промышленности, а для медицинских приложений российских разработок пока нет. Кстати, изначально не всякой стране разрешалось иметь масс-спектрометрические лаборатории, потому что с помощью некоторых видов масс-спектрометров можно получать оружейный уран и плутоний.
В.Франкевич: – Мы тоже начали с нуля, еще полгода назад здесь были пустые помещения.
Н.Стародубцева: – Минздрав выделил деньги на масс-спектрометр, часть оборудования закупили на деньги гранта, что-то – на средства центра, которые идут не только на медицинские нужды, но и в научные подразделения. Сейчас директор центра Геннадий Сухих продвигает использование масс-спектрометров для проведения гормональных анализов, и, кстати, такая тенденция прослеживается во всем мире. А вообще для решения глобальной задачи, подобной нашей, хорошо бы объединить возможности РАН, Минздрава, вузов. На днях мы были в РУДН и поразились, какое у них есть уникальное оборудование! Но при этом многое используется не в полную силу, так как помимо приборов необходимы люди, которые постоянно будут ставить задачи, решаемые на соответствующем оборудовании.
– Давайте вернемся к проекту. На каком вы сейчас этапе?
В.Франкевич: – Мы создаем базу данных биомаркеров, ответственных за конкретное заболевание. Пока такой базы для детей нет. Да и вообще единого реестра биомаркеров не существует – каждая лаборатория ищет их для какой-то конкретной болезни.
Н.Стародубцева: – У взрослых пациентов изучен, в основном, рак легких, а в случае детской диагностики нас не это интересует, поэтому нам приходится искать заново. Сейчас найдено уже несколько сотен маркеров. В частности, в области протеомики мы видим противовоспалительные цитокины, которые являются характерными маркерами пневмонии.
– Что уже можно диагностировать?
Н.Стародубцева: – Мы можем определить врожденную пневмонию, отделить ее от неинфекционных дыхательных нарушений, апноэ новорожденных. Все эти заболевания очень опасны для младенцев. Также мы рассчитываем на то, что обнаружатся биомаркеры энтероколитов – это очень тяжелое состояние, и чем раньше оно диагностировано, тем лучше. Ранняя диагностика повышает выживаемость недоношенных новорожденных.
В.Чаговец: – Важны и биомаркеры окислительного стресса. Когда ребенок находится еще в утробе матери, содержание кислорода, который ему поступает, очень невелико. Во время родов уровень кислорода резко повышается, что особенно опасно для недоношенных детей. Часто легкие к этому оказываются не готовы, поскольку у младенцев еще не развита защитная антиоксидантная система. Едва родившись, они сразу подключаются к системе искусственной вентиляции легких, и врачу надо решить, сколько кислорода подавать: если слишком много, это может привести к повреждению мозга, если мало – ребенок может не выжить. Найти баланс и помогают маркеры уровня окислительного стресса.
– Сколько времени должно пройти, чтобы ваш метод получил широкое распространение?
Н.Стародубцева: – На это уйдет не один год. Для того чтобы давать любые рекомендации и заключения в медицине, нужно пройти длительный этап верификации и подтверждения клинических протоколов. А для этого прежде всего нужна хорошая статистическая база, которую мы сейчас и набираем. И делаем все, чтобы ускорить процесс. При этом важно помнить, что мы вообще впервые развиваем эту область – пока нигде в мире не применяют масс-спектрометрию выдыхаемого воздуха для диагностики новорожденных. Причина банальна – законы многих стран не позволяют проводить эксперименты с участием детей ни в каком виде. В наших же исследованиях мы работаем не непосредственно с детьми, а с выдыхаемым ими воздухом, что является абсолютно неинвазивным подходом!
– Владимир, вы долгое время проработали в Европе. Что заставило вас вернуться?
В.Франкевич: – Центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. В.И.Кулакова – уникальное место. Здесь создано множество научных лабораторий, доступно практически любое необходимое оборудование, работает профессиональный коллектив, предлагается конкурентная зарплата. А главное – меня привлекает современная прикладная наука, которая тем и хороша, что в течение жизни можно увидеть ее плоды.

 Cветлана Беляева

Фото Николая Степаненкова

На фото: Виталий Чаговец, Наталия Стародубцева и Владимир Франкевич

Полностью спецвыпуск КПД представлен в формате  PDF

Нет комментариев