Против раковых клеток, блуждающих по кровеносной системе, ученые из Университета Арканзаса разработали новое оружие: лазерный луч, который при направлении на кожу проникает в кровеносные сосуды у уничтожает на месте этих маленьких убийц, не давая им накапливаться в организме в виде метастаз. В исследовании, опубликованном в журнале Science Translational Medicine, сообщается о том, что исследователи провели успешные испытания своей системы, точно определив и уничтожив раковые клетки у 27 из 28 добровольцев, принявших участие в клинических испытаниях.

Эффективная диагностика рака

Разработчики сообщают, что их установка оказалась в 1000 раз точнее, чем другие существующие на сегодняшний момент аналогичные устройства. Это уже само по себе достижение, однако исследователи делают акцент на то, что их система оказалась способна уничтожать высокий процент раковых клеток в реальном времени.

При дальнейшей разработке, отмечают специалисты Арканзасского университета, врачи смогут получить быстрый, безболезненный и неизвазивный способ поиска и уничтожения раковых клеток, прежде чем они начнут формировать новые опухоли в организме.

«Эта технология обладает потенциалом значительного ингибирования процесса местастизирования», — говорит директор центра наномедицины Университета Арканзаса и руководить исследования Владимир Жаров.

Распространение раковых клеток или метастазирование является основной причиной смертности от рака. Оно происходит, когда раковые клетки отделяются от основного очага болезни и начинают перемещаться по организму внутри кровеносной, а также лимфатической систем, со временем оседая в других частях тела и формируя вторичные опухоли.

Если уничтожать эти эмболические опухолевые клетки еще в кровотоке, не давая им метастазировать в других тканях, это позволит спасти множество жизней. Даже просто возможность подсчитать количество этих эмболических опухолевых клеток – задача, с которой не было способно эффективно справиться ни одно из разработанных ранее устройств, — позволит более точно диагностировать и лечить метастатический рак.

Жаров вместе со своей командой специалистов провели испытания разработанной ими системы на людях с меланомой (раком кожи). Лазер, направленный на вену, посылает в кровь энергию, создавая тепло. Раковые клетки поглощают гораздо больше этой тепловой энергии, чем обычные. Тепло заставляет эти клетки расширяться и разрушаться. Это тепловое расширение создает звуковые волны – фотоакустический эффект, который может быть зарегистрирован компактным ультразвуковым преобразователем, который помещается на кожу пациента рядом с местом воздействия лазерного луча. Это устройство считывает, когда эмболические опухолевые клетки проходят по кровотоку под лазером.

С помощью этого же лазера ученые смогли продемонстрировать процесс уничтожения эмболических опухолевых клеток в реальном времени. Тепло, создаваемое лазером, производит на поверхности опухолевой клетки пузырьки пара. При расширении эти пузырьки пара лопаются, оказывая воздействие на клетку, механически ее уничтожая. Представьте себе видеоигру, в которой вы уничтожаете лазером плохих парней. Процесс уничтожения раковых клеток здесь выглядит аналогичным образом.

Целью данного исследования, отмечают разработчики лазера, была проверка точности устройства в определении раковых клеток. Но даже при низкоэнергетическом диагностическом режиме устройство смогло уничтожить значительное количество эмболических опухолевых клеток в крови шести пациентов. По словам Жарова, у одного пациента устройство смогло уничтожить 96 процентов раковых клеток. Ученый и его коллеги отмечают, что эффективность установки сможет быть гораздо выше в рамках будущих исследований, когда они будут использовать устройство на более высокой мощности.

Жаров пришел к идее этой технологии более десяти лет назад. С тех пор ученый проводил ее испытания на животных, продемонстрировав ее безопасность комиссии Агентства Министерства здравоохранения и социальных служб США (FDA), которая выдала разрешение на клинические испытания установки на людях. Жаров заявляет, что это устройство – первое неинвазивный диагностический аппарат для определения циркулирующих в крови опухолевых клеток.

Как еще диагностируют рак в крови?

К настоящему моменту было предложена как минимум сотня различных устройство, предназначенных для мониторинга за эмболическими опухолевыми клетками. Однако большинство этих систем подразумевает взятие крови из вены и ее последующий анализ вне организма пациента. При этом только одно устройство, по крайней мере в США, получило одобрение на использование комиссией FDA. Оно называется CellSearch, и размером примерно с духовку. При этом оно позволяет проводить забор только небольших образцов крови, на основе которых создает общую картину раковых клеток, которые могут присутствовать во всей кровеносной системе. Понятное дело, что из-за такой низкой эффективности это устройство широко не используется в диагностике и лечении рака.

В апреле этого года специалисты Мичиганского университета объявили о создании более компактного устройства, которое крепится к руке пациента и перекачивает кровь в организме, очищая ее от раковых леток. Однако, опять же, испытания собаках в лабораторных условиях показали, что устройство способно обработать за два-три часа всего пару столовых ложек крови.

Устройство, разработанное Жаровым и его командой, способно обработать литр крови примерно за час. При этом без необходимости ее перекачки из организма. Чувствительность этой системы примерно в тысячу раз выше, чем у устройства CellSearch, говорят разработчики. В дальнейшем Жаров с командой планируют провести испытания своей установки на большем количестве людей, комбинируя результаты с традиционными методами лечения рака, чтобы посмотреть эффективность такого подхода в решении проблемы метастазирования.

Кстати, фотоакустический эффект впервые был описан Александром Грейамом Беллом в 1880 году при разработке фотофона – устройства для передачи на расстояние звуков с помощью света. Разработанное Жаровым устройство получило название «цитофон» («cytophone», «цито» с английского – «клетка»).