Поиск - новости науки и техники

Лечение – по излучению

Оптические сигналы кожи расскажут о болезнях

Все понимают, насколько необходимо своевременное медицинское обследование. Но порой нас пугает то, что сама диагностика может неблагоприятно сказаться на здоровье. Например, рентгеновское обследование нельзя проводить часто. Некоторые способы вроде гастроскопии могут быть достаточно дискомфортными для обследуемого. Впрочем, сама медицина не стоит на месте. Появляется все больше устройств, использующих так называемые неинвазивные методы. Выглядит мистически, но, оказывается, наш организм… «излучает» в окружающее пространство свое состояние. Нужно только уловить эти невидимые волны здоровья. Кандидат физико-математических наук, доцент Иван ­БРАТЧЕНКО из Самарского национального исследовательского университета им. академика С.П.Королёва разрабатывает уникальные методы диагностики социально значимых заболеваний, исследуя оптические свойства кожи. По просьбе «Поиска» ученый, получивший на свои исследования грант Президента РФ, рассказал об этой работе.

– Иван Алексеевич, для начала напомните читателям, какие болезни считаются социально значимыми?
– Это те заболевания, которые убивают наибольшее количество людей. В нашей стране, а также во всем мире это патологии сердечно-сосудистой системы и различные виды онкологии. Для выявления таких заболеваний мы предлагаем использовать оптическое исследование биотканей, так называемую оптическую биопсию.
Идея получения данных об исследуемой ткани без какого-либо вмешательства в саму ткань давно интересует медиков и ученых. Такое исследование не только полностью неинвазивно, но и позволяет в режиме реального времени получать информацию о состоянии биоткани и в целом пациента. Благодаря развитию регистрирующей техники в последнее время у ученых появилась возможность использовать высокочувствительные спектрометры для регистрации сверхслабых оптических сигналов, таких как комбинационное рассеяние (или эффект Рамана) – неупругое рассеяние света на молекулах вещества.
Такое рассеяние происходит лишь с одним фотоном из миллиона, поэтому регистрируемый сигнал очень слабый. Возможность регистрировать эффект Рамана позволит в будущем внедрить оптическую биопсию в клиническую практику. Сейчас мы проводим доклинические испытания на пациентах самарских клиник. Это больные с раком различной локализации, а также с почечной недостаточностью.
– Как по оптическим свойствам кожи можно узнать о болезнях?
– Оптические свойства биоткани непосредственно имеют отношение к ее химическому строению. Когда в организме пациента происходят какие-то трансформации, связанные с развитием определенного заболевания, то меняется и компонентный состав тканей. Исследуя изменения в нем, можно узнать о наличии того или иного заболевания.
Если говорить о диагностике рака, то одним из самых опасных его видов является меланома кожи. Необходимо создать прибор, который мог бы выявлять эту болезнь, а также сообщать о других проблемах лишь по анализу кожных покровов. Мы исследуем кожу человека, так как это самый доступный орган. Кожа накапливает различные продукты метаболизма организма и тем самым позволяет проводить анализ на наличие патологий, в том числе новообразований.
При таком исследовании обнаруживаются также патологии сердечно-сосудистой системы. В будущем мы надеемся создать универсальный метод неинвазивного скрининга, который можно применять в клиниках общей практики для выявления социально значимых заболеваний на ранних этапах появления.
– Ваши методы новые?
– Наши методы оптической диагностики с использованием эффектов автофлуоресценции и рамановской спектроскопии известны достаточно давно. Эти эффекты были открыты более ста лет назад, но их внедрение в клиническую практику оставалось затруднительным из-за очень слабых оптических сигналов. В последние десятилетия стали доступны компактные и недорогие приборы, которые позволяют регистрировать такие оптические сигналы от биотканей, поэтому появилась возможность проводить исследования непосредственно в клинических условиях.
Широкое тестирование системы регистрации спектров кожи мы провели в самарских онкодиспансере и областной поликлинике. Наш прибор включает источник излучения – лазер, систему доставки и сбора излучения – пробник, а также детектор рассеянного излучения – спектрометр. Результаты исследований мы опубликовали в ряде научных изданий, включая Journal of Biomedical Optics, Biomedical Optics Express, Skin research and Technology, Journal of Biomedical Photonics&Engineering и другие.
Сейчас ученые из разных стран ведут работу по внедрению таких технологий в медицинскую практику. Научные группы соревнуются в точности итоговой диагностики различных заболеваний с применением оптической биопсии, включая выявление рака.
– Каковы особенности исследований в этой области?
– Наш проект мультидисциплинарный. Мы трудимся в тесном контакте с медиками и учеными из других областей: химиками, биологами, специалистами по статистике. Создаем аппаратуру, которая позволяет осуществлять оптическую биопсию. Тестируем прибор, дающий возможность регистрировать эффект Рамана на ex vivo образцах (иссеченных тканях опухолей), и модернизируем его по результатам этих проверок. Проводим испытания в клинических условиях на пациентах, а также спектральный анализ патологий – на приеме с врачами. Кроме того, разрабатываем алгоритмы и модели нелинейного регрессионного анализа спектральных данных, позволяющие интерпретировать наши исследования.
Каждый этап – это большая работа, в которой заняты инженеры, техники, физики, медики, математики. Результаты исследования в будущем можно будет использовать и для мониторинга других заболеваний, например, диабета.
– Какова точность диагностики с помощью вашего метода?
– Самую высокую точность наш метод оптической биопсии показал при диагностике онкопатологий кожи, включая выявление меланом и базалиом, а также патологий почек. Наши методы можно использовать как в узкоспециализированных центрах – онкологических диспансерах – так и в клиниках общей практики. В будущем – в скрининговых исследованиях, когда требуется проведение комплексного анализа состояния пациента в течение короткого периода времени с применением мобильного оборудования.
Сейчас мы добились точности определения патологий на уровне 95-98% в зависимости от конкретного вида заболевания. Планируем довести этот показатель до 100%, а также расширить спектр применения оборудования и нашего метода на различных группах пациентов.
Высокая точность оптического анализа открывает новые горизонты не только при анализе тканей пациентов, но также помогает много узнать о состоянии больного при анализе биожидкостей. Например, внедрив наши технологии в чип, можно будет выявлять раковые патологии по анализу слюны или крови. Мы уже исследуем такие возможности. Все это дает возможность создать быстрый, недорогой и в то же время очень точный метод выявления наиболее распространенных среди населения заболеваний.

Василий ЯНЧИЛИН

Нет комментариев