Новый инструмент в виде ручки обнаружит рак в считанные секунды

Устройство за десять секунд обнаруживает, с чем имеет дело – раковой тканью или здоровой.
Фото University of Texas at Austin.

Команда исследователей и инженеров из Техасского университета в Остине создала портативный инструмент MasSpec Pen, способный быстро и точно выявить все части опухоли во время операции. Процесс занимает порядка десяти секунд, что в 150 раз быстрее работы подобных уже существующих технологий.

Устройство представляет собой портативный инструмент, по внешнему виду напоминающий обыкновенную авторучку. Он предоставит хирургам точную диагностическую информацию о том, какие ткани необходимо удалить или сохранить. Всё это поможет в лечении и уменьшит вероятность рецидива рака, считают изобретатели.

"Если вы говорите с онкологическим пациентом сразу после операции, то одна из первых фраз, которую он произносит: "Я надеюсь, что хирург вырезал всю опухоль", — говорит руководитель исследовательской группы Ливия Шьявинато Эберлин (Livia Schiavinato Eberlin). – Невероятно печально, если этого не произошло. Но наша технология может значительно повысить вероятность того, что хирурги действительно удалят все следы рака во время операции".

Хотя максимальное удаление раковых тканей имеет решающее значение для повышения выживаемости пациентов, удаление слишком большого количества здоровой ткани также может привести к серьёзным негативным последствиям для пациентов. Например, у больных раком молочной железы могут возникать болезненные побочные эффекты и может быть повреждена нервная ткань. Пациенты с раком щитовидной железы могут потерять способность говорить и их организм перестанет самостоятельно регулировать уровень кальция в организме.

На сегодняшний день исследователи используют особый метод анализа Frozen Section Analysis для диагностирования рака и определения границы между раковой тканью и нормальной во время операции. Однако такой метод медленный и неточный. Анализ каждого образца может занять 30 минут (а то и больше), что повышает риски получения инфекции или возникновения негативных последствий от анестезии у пациента. Более того, подобный анализ нельзя использовать при некоторых типах рака, так как высока вероятность получения недостоверных результатов.

В связи с этим учёные постоянно работают над новыми методами выявления поражённых раком тканей. Как работает метод американцев? Живые клетки (будь они здоровыми или раковыми) постоянно производят метаболиты. Эти молекулы создаются в процессе жизнедеятельности (рост, воспроизводство клеток). Каждый тип рака производит уникальный набор метаболитов и других биомаркеров, которые являются своего рода отпечатками пальцев.

"По той причине, что метаболиты в раковых и нормальных клетках разные, мы извлекаем и анализируем их при помощи MasSpec Pen для того, чтобы получить молекулярные отпечатки пальцев ткани", — говорит Эберлин.

Анализ проводится при помощи программного обеспечения — статистического классификатора. Последний обучался по базе данных молекулярных “отпечатков”, которые Эберлин и её коллеги собрали, изучив 253 человеческих образца ткани. Образцы включали и нормальные ткани, и раковые ткани молочной железы, лёгких, щитовидной железы и яичников.

Когда MasSpec Pen завершает свой анализ, на экране компьютера высвечивается слова "Норма" или "Рак". Для некоторых видов рака (например, рака лёгких) может высветиться название подтипа.

Медики могут работать с портативным устройством во время операции. Всё, что для этого нужно, — поднести аппарат, как и авторучку, к ткани пациента, а затем запустить автоматический анализ при помощи ножной педали. Необходимо подождать всего несколько секунд, чтобы получить результаты диагностирования.

Устройство выпустит капли воды на ткань, после чего молекулы метаболитов мигрируют в воду. Затем устройство отправляет образцы воды в масс-спектрометр, который может определить тысячи молекул и помочь программе создать "молекулярный отпечаток пальцев".

"При проектировании MasSpec Pen мы убедились, что ткани остаются неповреждёнными. Они вступают в контакт только с водой и пластиковым наконечником аппарата во время самой процедуры", — говорит один из членов исследовательской группы Цзялин Чжан (Jialing Zhang).

 

Учёные испытали свой прибор на тканях, которые были удалены в ходе операции у онкологических пациентов. Устройству понадобилось порядка десяти секунд, чтобы поставить диагноз с точностью более 96 процентов. MasSpec Pen также смог обнаружить рак в пограничных участках между нормальной тканью и раковой.

В следующей году учёные хотят поверить свой исследование во время самих операций по удалению рака.

Результаты исследования и описание новой разработки представлены в научном издании Science Translational Medicine.

К слову, ранее в Швеции был разработан метод раннего диагностирования рака кожи, а обнаружить рак груди смогут, как это ни удивительно, собаки.

Сегодня