Створено нанолазер для діагностики та запобігання метастазуванню меланоми

Американські вчені створили пристрій на основі лазера, здатний з високою точністю виявляти циркулюючі в крові ракові клітини та одразу їх знищувати. Якщо подальші випробування підтвердять його ефективність, в руках онкологів опиниться унікальний інструмент для неінвазивної діагностики раку та запобігання його поширенню по організму. Його застосування дозволить врятувати десятки тисяч життів.

Практично всі види злоякісних новоутворень мають схильність до метастазування. Цим терміном називають процес, в ході якого ракові клітини відокремлюються від первинної пухлини та формують вторинні вогнища – метастази – в інших частинах тіла. Він стає можливим завдяки природній здатності злоякісних клітин набувати властивостей інших типів клітин. Ця «пластичність» і дозволяє їм перетворюватися з закріплених в загальній пухлинній масі клітин на вільні, які можуть переміщатися всередині організму та вторгатися в інші тканини.

Як правило, поява вторинних пухлинних вогнищ вказує на те, що хвороба досягла небезпечної III або IV стадії і тепер несе ще більшу загрозу для життя. На сьогодні саме метастази є головною причиною смерті від раку – від них гине майже 90% онкологічних пацієнтів. Тому вчені по всьому світу не залишають спроб знайти спосіб знищувати блукаючі ракові клітини до того, як ті зможуть осісти в інших органах та сформувати там нові пухлинні вогнища.

Вчені з університету Арканзасу максимально наблизилися до вирішення цієї задачі. Вони розробили нанолазерний пристрій для виявлення циркулюючих в крові злоякісних клітин та їх знищення. В основі роботи експериментального приладу, що отримав робочу назву цитофон (cytophone), лежить добре відомий фотоакустичний ефект, суть якого в наступному. Коли імпульс світла певної довжини потрапляє на матеріал, останній нагрівається та незначно розширюється – в результаті виникають звукові коливання, які можна виявити.

Найкраще, зазначають вчені, цей механізм реалізується на прикладі меланоми – найагресивнішої різновиди раку шкіри. Новий пристрій впливає на кров світловими імпульсами через поверхню шкіри. Здорові клітини вбирають цю енергію в мінімальній кількості, а от клітини меланоми – завдяки присутньому в них пігменту меланіну – поглинають світлові хвилі значно активніше. Під дією тепла вони розширюються, створюючи звукові коливання, які вловлює спеціальний ультразвуковий перетворювач.

Далі в роботу включається програмне забезпечення, яке завдяки спеціально розробленим алгоритмам миттєво обробляє сигнали, що надходять з перетворювача, та повідомляє спеціаліста про виявлення в кровотоці ракових клітин.

Перші випробування

Нещодавно відбувся перший етап клінічних випробувань нової технології на людях. Для участі в ньому були зареєстровані 28 осіб, які проходять або вже пройшли лікування від меланоми, та 19 здорових добровольців. В результаті цитофон зміг виявити циркулюючі пухлинні клітини в крові 27 з 28 учасників експериментальної групи, витративши на це від однієї до шістдесяти хвилин. У контрольній групі пристрій не виявив присутності раку, пройшовши таким чином перевірку на хибне спрацьовування.

Дослідників вразило те, що нова технологія виявилася здатною розпізнавати та вловлювати злоякісні клітини навіть тоді, коли меланома не була видна на шкірі – або через те, що ще не проявила себе зовнішніми ознаками, або тому, що до того часу вже була видалена хірургічним шляхом.

Але ще більше вчених здивував інший факт. Незважаючи на те, що проведені випробування мали на меті протестувати діагностичні можливості цитофона, він також показав здатність ефективно знищувати блукаючі в крові пухлинні клітини одразу після їх виявлення. «Коли меланін поглинає теплову енергію, що виділяється внаслідок впливу лазером, вода навколо нього всередині клітини, нагріваючись, починає випаровуватися. Утворюються бульбашки пари, які, розширюючись і лопаючись, механічно пошкоджують ракову клітину, що призводить до її загибелі», – пояснюють вчені.

При цьому вони підкреслюють, що у шести учасників «меланомної» групи пристрій знищив більшу частину, а у одного – майже 100% виявлених ракових клітин. Жодних побічних реакцій під час випробувань зафіксовано не було, здорові клітини крові після впливу нанолазером залишалися неушкодженими. Це пов'язано з тим, що лазерне світло розсіюється на поверхні шкіри, а отже, недостатньо сфокусовано на окремих клітинах, щоб пошкодити їх.

Вчені підкреслюють, що використовували цитофон в малопотужному режимі. Але навіть з низькими рівнями енергії нанолазер виявився здатним знищувати велику кількість ракових клітин. Відповідно, у подальших випробуваннях, в яких планується використовувати більш високі потужності, пристрій може показати ще більшу ефективність.

«Наша технологія має величезний потенціал у запобіганні метастазуванню раку, – кажуть дослідники. – В її особі лікарі зможуть отримати швидкий, високоточний, неінвазивний метод виявлення циркулюючих в крові пухлинних клітин та їх знищення до того, як вони зможуть сформувати нові ракові вогнища». Крім того, пристрій можна буде використовувати для відстеження динаміки та оцінки ефективності проведеного лікування: якщо концентрація одиничних злоякісних клітин у крові буде знижуватися, значить, терапія дає результат.

Феноменальна точність

Автор технології розповідає, що придумав її ще десять років тому. Увесь цей час він перевіряв безпеку пристрою в доклінічних дослідженнях на тваринах, і лише потім звернувся до американського Управління з контролю за продуктами та ліками за дозволом розпочати випробування на людях.

На сьогодні цитофон є єдиним неінвазивним способом виявлення циркулюючих в крові пухлинних клітин. Його переваги перед іншими аналогічними технологіями очевидні. Перш за все, це феноменально висока точність діагностики. Усі подібні системи передбачають забор крові пацієнта та його подальший аналіз у лабораторії. Враховуючи, що кров зазвичай береться об'ємом близько 8 мл, при невеликій концентрації ракових клітин аналіз їх просто не покаже. Нове ж пристрій здатне виявляти одну патологічну клітину в літрі крові, причому не в лабораторних умовах, а безпосередньо скануючи кровотік.

В даний час творці готуються до чергового етапу випробувань, в якому буде залучено набагато більше учасників. Цього разу вчені планують зосередитися на лікувальних можливостях цитофона, а також оцінити його сумісність з іншими методами, що використовуються для боротьби з метастазами. Вони припускають, що використання нанолазера дозволить посилити дію протипухлинних препаратів, що застосовуються при лікуванні меланоми.

У майбутньому розробники мають намір розширити можливості пристрою, щоб він міг розпізнавати та знищувати циркулюючі клітини не тільки меланом, але й інших видів раку. Враховуючи, що вони не містять меланіну, дослідникам, ймовірно, доведеться використовувати особливі маркери – наприклад, наночастинки золота, – які, подібно до меланіну, будуть викликати нагрівання пухлинних клітин.