Учёные из Калифорнийского технологического института разработали инновационную технику медицинской визуализации UV-PAM, которая позволит хирургам-онкологам многократно повысить точность удаления поражённых тканей и сохранить больше здоровых тканей, тем самым облегчая процесс реабилитации пациента.

Несмотря на значимый прогресс в разработке инновационных препаратов для химиотерапии или повышение эффективности и точности определения углов направления лучей и дозы радиации в лучевой терапии, лечение рака костей в Израиле, Германии, Южной Корее, Испании, КНР, США и прочих передовых онкологических центрах мира зачастую представляет собой комплексный подход, одним из компонентов которого является хирургическое вмешательство. Химиотерапия и лучевая терапия позволяют уменьшить размеры опухоли до операции и подавить скрытые очаги или предотвратить возобновление роста раковых клеток после операции, однако иссечение поражённых тканей по-прежнему остаётся важным этапом на пути пациента к выздоровлению. К слову, на сайте клиники sourasky.com вы можете более детально ознакомиться с актуальными методами диагностики и лечения онкологических заболеваний.

Корень проблемы

В процессе органосохраняющей операции задача хирурга-онколога состоит в локальном удалении поражённых тканей. При этом специалисту приходится захватывать некоторое количество прилегающей костной и мышечной ткани, чтобы убедиться, что в теле пациента не останется раковых клеток. Сложность подобных операций в случае с онкологическими заболеваниями кости заключается в том, что удалённую кость необходимо заменить эндопротезом или костным трансплантатом, и чем больше костной ткани подлежит иссечению, тем более сложным будет процесс восстановления пациента. Хирургу приходится на месте принимать решение об объёме удалённой ткани, ориентируясь на визуальные признаки, поскольку традиционные методы анализа образцов тканей на предмет содержания раковых клеток в плоскостях среза занимают слишком много времени.

Традиционные методики анализа тканей

Как правило, гистологическое исследование краёв резекции мягких тканей при органосохраняющих операциях выполняют достаточно быстро, чтобы его результаты можно было учитывать в операционной для оценки объёмов иссечения. Однако в случае твёрдых тканей вроде костей этот процесс может занимать несколько дней и даже недель, в зависимости от типа костей.

• • • Сперва фрагмент кости необходимо подготовить для исследования, удалив костный матрикс с высокой концентрацией солей кальция. Данный процесс называется декальцинацией: именно он занимает большую часть времени, необходимого для анализа.
    • После растворения матрикса – межклеточного вещества – образца костной ткани остаются только клетки кости и / или опухоли. Для исследования данный материал необходимо нарезать тонкими пластинками и окрасить.

Даже при максимальной оптимизации процесса гистологическое исследование кости осуществляется за 1-7 дней, потому хирург не может рассчитывать на её результаты при оценке состояния костных тканей за пределами видимой опухоли. Как следствие, зачастую для более полного иссечения поражённых раком клеток ему приходится удалять больше здоровых тканей.

UV-PAM

Новая технология UV-PAM (3D-контурное сканирование при помощи ультрафиолетовой фотоакустической микроскопии) должна стать более эффективной альтернативой традиционным методам медицинской визуализации. Ключевым преимуществом UV-PAM является тот факт, что с её помощью можно выполнить гистологическое исследование как мягких, так и твёрдых тканей за считанные минуты. Таким образом, результаты анализа будут доступны медикам, когда пациент ещё находится на операционном столе, и они смогут использовать полученную информацию для обозначения границ опухоли. По словам профессора биомедицинской инженерии Лихонга Вана, данная методика позволяет повысить точность иссечения опухоли в 10 раз и сохранить примерно в 1000 раз больше здоровых тканей. Как и другие методики фотоакустической микроскопии, разработанные командой Вана, UV-PAM работает за счёт отслеживания вибрации клеток под действием ультрафиолетового лазера.

UV-PAM заставляет молекулы ДНК и РНК внутри ядер исследуемых клеток вибрировать с ультразвуковой частотой. Из-за структурных особенностей и большего количества генетической информации в ядре раковые клетки поглощают больше ультрафиолета и генерируют более мощный ультразвуковой сигнал. Разработанный командой профессора Вана алгоритм глубинного обучения позволяет конвертировать полученные в ходе сканирования тканей изображения в формат, напоминающий результаты традиционных методов биопсии тканей. Таким образом, патологам не нужно проходить дополнительные курсы для чтения результатов гистологии при помощи UV-PAM. И самое главное: данная техника позволяет произвести анализ краёв резекции костной ткани всего за 11 минут. Ван и его коллеги рассчитывают, что в обозримом будущем UV-PAM станет доступной за пределами испытательной лаборатории Калтеха. А до тех пор они продолжат работу над совершенствованием технологии в надежде дополнительно оптимизировать процесс и повысить пространственное разрешение гистологии.