Скальпель сможет «вынюхивать» опухоли
Ученые университета Justus-Liebig (г. Гиссен, Германия), работающие под руководством профессора Золтана Такача (Zoltán Takáts), разработали новый прибор, который поможет хирургам-онкологам максимально чисто удалять злокачественные опухоли.
Устройство представляет собой масс-спектрометр, соединенный с электроскальпелем и идентифицирующий молекулярный профиль тканей, разрезаемых в процессе операции. Разработчики продемонстрировали, что этот подход позволяет дифференцировать не только разные типы тканей, но и различать злокачественные опухоли.
При удалении злокачественных опухолей хирургам часто приходится принимать нелегкие решения не отходя от операционного стола. Новый прибор предназначен для того, чтобы им не приходилось определять границы опухоли наугад. Это позволит избежать иссечения окружающих опухоль здоровых тканей для перестраховки и более тщательно удалить раковые клетки, что снизит вероятность рецидива заболевания.
Масс-спектрометрия – метод, позволяющий с высокой степенью точности идентифицировать молекулы путем анализа соотношения их массы и заряда, – уже используется несколькими исследовательскими группами для изучения биологических материалов. Ученым уже давно известно, что молекулярные профили опухолевых и здоровых тканей значительно отличаются друг от друга и их расшифровка позволяет не только отличить пораженную ткань от здоровой, но и определить степень злокачественности конкретной опухоли.
Достаточно успешные попытки анализа биопсийных образцов с помощью масс-спектрометрии предпринимались и ранее, однако перемещение этой процедуры в операционную было проблематично из-за сложности подготовки проб. Перед проведением анализа молекулы необходимо ионизировать и уже в таком виде доставить внутрь прибора. Обычно для ионизации образца его бомбардируют потоком заряженных частиц, что совершенно неуместно в условиях операционной.
Профессор Такач обратил внимание на то, что побочным продуктом работы некоторых хирургических инструментов, в том числе электроскальпелей, являются газообразные ионы, подходящие для анализа с помощью масс-спектрометрии. Кроме того, эти испарения, так называемый «хирургический дым», вредны для здоровья, и во время операции их удаляют с помощью насоса.
В результате исследований удалось продемонстрировать, что масс-спектрометрия хирургического дыма позволяет получать молекулярную карту тканей в режиме реального времени. После попадания испарений в масс-спектрометр (через трубку в левом нижнем углу панели прибора) содержащиеся в них соединения анализируются и сопоставляются с введенной в прибор базой данных, после чего хирург получает готовый ответ. Сбор и анализ образца занимает всего несколько сотен миллисекунд.
Кроме масс-спектрометрии, на пригодность к использованию во время операции рассматривается еще целый ряд методов. Один из возможных подходов заключается во введении пациенту флуоресцентных красителей, связывающихся с молекулами, характерными для опухолевых клеток и видимых в инфракрасном свете. Однако масс-спектрометрия предоставляет более подробную информацию о молекулярных профилях опухоли и окружающих ее тканей. Новая система не только обеспечивает хирургу информацию в реальном времени, она также позволяет получить «химическое» изображение опухоли, которое может быть полезно при назначении послеоперационного лечения. Например, выявление особо агрессивного типа опухоли поможет онкологам в выборе наиболее эффективного препарата.
Профессор химии из Purdue University (штат Мичиган) Грэхем Кукс (Graham Cooks) также работает над созданием системы для анализа тканей на основе масс-спектрометрии. Для функционирования его системы, получившей название DESI, требуется распыление на ткань аэрозоли из заряженных частиц. Технически такой подход гораздо более сложен, однако позволяет анализировать более широкий спектр молекул и получать более детальную информацию, тогда как методика Такача идентифицирует преимущественно липиды клеточной мембраны.
Немецкие ученые уже протестировали свою систему на нескольких видах животных, в том числе на грызунах со злокачественными опухолями. Они также работают с ветеринарами, которые собираются использовать устройство для удаления спонтанно возникающих раковых опухолей у собак. На следующий месяц разработчики запланировали начало клинических исследований устройства, в то время как профессор Такач уже ведет переговоры о его промышленном производстве с немецкой компанией Meyer-Haake, специализирующейся на производстве электрохирургического оборудования.
Самой большой проблемой для внедрения новшества в практику на сегодняшний день остается его высокая стоимость. Электрохирургическая установка стоит в среднем $8000, тогда как стоимость системы для проведения масс-спектрометрического анализа начинается от $120 000. Однако Такац отмечает, что современный рынок масс-спектрометрического оборудования очень ограничен, а открытие смежного хирургического рынка может вызвать снижение цен. Он также надеется снизить стоимость системы примерно до 20 000 долларов за счет использования оборудования, позволяющего проводить анализ биологического материала, но непригодного для требующей очень высокой точности работы в химической лаборатории.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Technology Review: Surgical Scalpel Sniffs Out Cancer.
21.10.2009