Ученые изобрели портативное устройство для ранней диагностики рака

Исследователи из Университета Мичигана разработали портативное устройство, способное обнаруживать клетки рака в циркулирующей крови. Свое изобретение, которое в настоящее время проходит клинические испытания, они назвали «олицетворением точной медицины». Ожидается, что на глобальный рынок новый диагностический прибор выйдет не раньше, чем через пять лет.

«Поверьте, никто не хочет проходить биопсию», – говорит доктор Дэниел Хейс, профессор кафедры исследования рака молочной железы онкологического центра при Мичиганском университете. Биопсия это инвазивная диагностическая процедура, не слишком приятная для пациента, которая, тем не менее, в настоящее время остается самым точным способом установить, есть ли у человека рак. «Но если бы у нас была возможность получить нужное количество злокачественных клеток из крови, мы могли бы с их помощью изучать природу опухоли и подбирать более точное лечение», – говорит доктор Хейс.

Профессор и его команда недавно разработали портативное устройство, способное «отфильтровывать» клетки рака в циркулирующей крови. Если оно пройдет все необходимые проверки, уверяют ученые, с большой долей вероятности сможет стать заменой жидкой биопсии, при которой медики берут у пациента образец крови или мочи для последующего анализа на наличие онкологических маркеров.

Злокачественные опухоли выделяют свои клетки в кровоток, что означает – по крайней мере, в теории – что, взяв у пациента образец крови и проанализировав его, специалист может выявить присутствие рака. Однако легче сказать, чем сделать. Даже у людей с прогрессирующим онкологическим заболеванием образцы крови могут содержать совсем незначительное число опухолевых клеток или вовсе не содержать их, так как последние циркулируют в крови с сумасшедшей скоростью и могут просто не попасть в отдельный образец, учитывая, что обычно за один раз можно взять не больше 20 мл крови.

Пытаясь обойти это препятствие, доктор Хейс и его коллеги из Мичиганского университета изобрели устройство, способное выполнять ту же работу, что и жидкая биопсия, но за счет сканирования кровотока на наличие клеток рака. К настоящему времени исследователи проверили свое изобретение на собаках и рассказали о результатах в статье, которую опубликовал научный журнал Nature Communications.

Проблема в создании оптимального дизайна

Исследователи отмечают, что несмотря на то, что львиная доля атипичных клеток, попадающих в кровоток, вскоре погибают, те, которым все же удается выжить, могут в итоге мигрировать в другие части тела и сформировать там новые метастатические очаги. Поэтому крайне важно выявлять рак как можно раньше и своевременно проводить адекватную терапию, предотвращая его распространение по организму.

Когда они решили попробовать разработать портативное устройство для скрининга злокачественных клеток в крови, доктор Хейс и его коллеги столкнулись с рядом препятствий, которые, они, впрочем, придумали, как обойти. Прежде всего, девайс с параметрами 2 х 2,75 х 1 дюйм должен был вместить все технологии сканирования и анализа крови, общий объем которых соответствует машине размером с письменный стол. Во-вторых, нужно было сделать этот переносной прибор эффективным и безопасным.

«Самым сложным было интегрировать все компоненты в миниатюрное устройство и сделать так, чтобы при сканировании кровь не сворачивалась, клетки не застревали в чипе, засоряя его, и чтобы сам прибор был полностью стерильным», – объясняет ведущий автор исследования доктор Тэ Хен Ким.

Всем этим проблемам команда нашла креативные решения. В первую очередь ученые придумали способ смешать проходящую через устройство кровь с антикоагулянтом (препаратом, снижающим ее свертываемость). Затем они нашли возможность стерилизовать прибор, не повреждая присутствующие на поверхности сканирующего чипа антитела, которые помогают идентифицировать раковые клетки. Сам чип, лежащий в основе устройства, использует оксид графита, при помощи которого создаются «фильтрующие» механизмы, способные захватывать 80% и больше присутствующих в крови опухолевых клеток.

«Образчик точной медицины»

Протестировать изобретенный ими девайс исследователи решили на здоровых собаках, которым ввели человеческие раковые клетки. Они заверили, что эксперимент не имел долгосрочного действия на организм животных, чья иммунная система избавилась от чужеродных клеток в течение нескольких часов после их введения. Вскоре после инъекции ученые дали собакам легкие успокоительные средства, после чего вживили им скрининговые устройства. В дополнение ко всему, они собирали образцы крови животных каждые 20 минут и отдельно анализировали их на присутствие злокачественных клеток с использованием тех же чипов, которые установили в экспериментальные модели устройства.

В результате исследователи обнаружили, что портативный девайс распознавал и задерживал в три с половиной раза больше клеток опухоли, чем этот же чип при сканировании крови в пробирке. «Это как камера системы безопасности: она может делать снимки каждые пять минут, а может снимать видео. Если чужой человек войдет в дом в промежутках между снимками, вы этого не узнаете», – приводит пример соавтор исследования доктор Сунита Награт.

В будущем ученые планируют усовершенствовать свое изобретение, увеличив скорость обработки крови. Чтобы протестировать его в более реалистичных условиях, они намереваются в следующих испытаниях использовать собак, уже больных раком.

Несмотря на то, что скрининговый прибор уже показал многообещающие результаты, доктор Хейс убежден, что пройдет еще немало времени, прежде чем он станет доступным для использования у людей. По его оценкам, ученые смогут провести клинические испытания с участием людей в течение 3–5 лет. «Это олицетворение точной медицины, внедрение которой имеет особенное значение в области онкологии», – подытоживает доктор Дэниел Хейс.