По дыханию и капле крови. Новый метод определяет рак за минуты

По дыханию и капле крови. Новый метод определяет рак за минуты
МОСКВА, 4 окт — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Ученые из Томского государственного университета (ТГУ) разработали безболезненную экспресс-диагностику состояния здоровья по капле крови или выдыхаемому воздуху. Всего за несколько минут можно выявить маркеры опасных заболеваний, включая зарождающийся рак.Молекулярный профиль человекаВрачи говорят, что правильная и своевременная диагностика — залог успешного лечения. Особенно важно быстро и безошибочно поставить диагноз при таких критических состояниях, как инфаркт или инсульт, когда счет в буквальном смысле идет на минуты. А в случае с онкологией основная задача — не пропустить болезнь на ранней стадии.Идея о том, что состав крови, мочи и слюны отражает состояние здоровья человека, существует с глубокой древности. Однако только технологический прогресс последних десятилетий сделал возможным количественное измерение содержащихся в биологических жидкостях продуктов обмена веществ — метаболитов. Появилось отдельное научное направление — метаболомика, в рамках которой ученые исследуют молекулярные признаки различных процессов в организме, в том числе патологических.Опираясь на математическое моделирование, ученые из лаборатории лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения ТГУ рассчитали многокомпонентные молекулярные профили, характерные для тех или иных болезней. Затем произвели из известных соединений смеси маркерных молекул в определенной концентрации для каждого из профилей, обучили на их примере нейросеть и протестировали полученные результаты на реальных образцах биологических жидкостей и тканей, взятых у пациентов."Наш метод диагностики основан на компонентном анализе тканей, биологических жидкостей или выдыхаемого воздуха на молекулы-биомаркеры, — говорит участник проекта, сотрудник лаборатории Денис Вражнов. — Для этого мы используем современные приборы — рамановский микроскоп, терагерцевый спектрометр, газоанализаторы".Диагностика по молекулярным профилям намного точнее, чем по отдельным маркерным молекулам, а использование при интерпретации данных искусственного интеллекта сводит риск ошибок к минимуму. В будущем всю процедуру анализов можно будет выполнять полностью в автоматическом режиме, считают авторы нового метода.Как он работает, журналистам показали во время экскурсии в лабораторию, организованной в рамках инициативы "Научно-популярный туризм" Десятилетия науки и технологий, предусматривающей посещение объектов нацпроекта "Наука и университеты".Найти рак по капле кровиНапрямую отслеживать метаболические изменения в организме человека очень сложно. Некоторые — например, распад гормонов — происходят очень быстро, другие реализуются на внутриклеточном уровне и недоступны для непосредственных наблюдений. Поэтому большинство методов функциональной диагностики основано на косвенных данных.Так, при ультразвуковых исследованиях (УЗИ) врач анализирует картину, созданную звуковыми волнами при прохождении через ткани и органы. Рентгенограмма — это проекция рентгеновских лучей, отражающая внутреннюю анатомическую структуру. По спектральным характеристикам света можно судить о молекулярном составе тканей или жидкостей."Глядя на спектральный профиль, можно сказать, какие реакции происходят в организме, как он реагирует на внешние раздражители, на вирусы, бактерии", — поясняет ученый.В ходе экспериментов, проведенных на одном из самых чувствительных приборов, конфокальном рамановском спектрометре, исследователи выяснили, что по форме профиля можно отследить, причем на самом раннем этапе, развитие онкологических заболеваний: рака кожи (меланомы) и глиомы — одной из самых агрессивных форм рака мозга. Полученные результаты подтвердили и на другом приборе — терагерцевом спектрометре.Глиому чаще всего обнаруживают на поздних стадиях, когда у пациента развиваются такие симптомы, как сильные головные боли и тошнота. Диагноз подтверждают с помощью МРТ головы. Теперь же болезнь можно выявить по капле крови. Предложенная методика прошла этап пилотного испытания на животных, и сейчас специалисты переходят к исследованиям на человеческих биоматериалах."Мы изучали, как изменяется молекулярный состав тканей мозга у мышей, которым подсаживали раковые клетки, в результате чего у них развивалась глиома, — рассказывает Вражнов. — Оказалось, что у здорового мозга один профиль, а у больного — совершенно другой. Более того, мы обнаружили, что он различный для опухоли и воспаления".Это решает еще одну проблему диагностики. Известно, что развитию опухоли часто, но не всегда, предшествует воспаление. Анализ молекулярных профилей позволяет с высокой достоверностью выделить в образце сыворотки крови метаболиты предонкологического воспаления и заметить начало развития опухоли мозга значительно раньше, чем это делается сейчас.Авторы уверены, что выявлять можно будет не только глиому, но и другие виды опухолей. Все данные об изменениях крови при различных онкологических заболеваниях сейчас вносят в электронную базу, к которой будет обращаться искусственный интеллект в процессе анализа.Диагноз по дыханиюИсследователи из ТГУ научились получать молекулярный профиль не только по крови, но и по составу воздуха, выдыхаемого человеком. Для этого они усовершенствовали с помощью методов машинного обучения методику химического анализа еще на одном приборе — газоанализаторе."Изменения в обмене веществ отражаются на составе крови, которая омывает легкие, — объясняет ученый. — За счет газообмена маркерные молекулы, которые сопутствуют какому-то патологическому процессу, поступают в выдыхаемый воздух, и мы их улавливаем с помощью газоанализатора".При этом для диагностики важен не столько сам набор анализируемых соединений (как правило, он стандартный: оксиды азота, углекислый газ, монооксид углерода, аммиак и некоторые другие летучие углеводороды), сколько соотношение их концентраций. Например, повышенное содержание аммиака — хороший маркер диабета. С помощью молекулярных профилей можно распознать ковид, туберкулез, болезни сердца."Все эти заболевания меняют состав выдыхаемого воздуха, — отмечает исследователь. — Наш прибор работает в очень широком диапазоне и может "ловить" большое количество маркерных молекул".Метод уже проверили в клинических условиях на пациентах с туберкулезом. Хорошие результаты показали и испытания в группах добровольцев с первичным инфарктом миокарда.Молекулярная психосоматикаНедавно ученые лаборатории попробовали с помощью газоанализатора диагностировать психические заболевания. Для этого собрали пробы выдыхаемого воздуха у пациентов с депрессией, шизофренией, биполярным расстройством, сравнили результаты с контрольной группой и выявили химические особенности, характерные для каждого из диагнозов."Когда мы проводили исследования, нас попросили проверить, сохранились ли маркеры депрессии в выдыхаемом воздухе у тех, кто уже прошел курс лечения, — рассказывает Вражнов. — Обычно у вылечившихся профиль нормализуется. Но у некоторых пациентов в группе, которую уже готовили к выписке, спектральные характеристики не поменялись. Это говорит о том, что лечение было недостаточным и болезнь может быстро вернуться".Предложенный метод, считают его авторы, может стать первым объективным инструментом контроля эффективности лечения в психиатрии, где традиционно привыкли полагаться только на субъективное мнение наблюдающего врача.Самый необычный эксперимент сотрудники лаборатории провели в одном из кинотеатров города. Предположив, что набор химических веществ, вырабатываемых организмом, зависит в том числе от общего психологического состояния человека, они собрали пробы воздуха в кинозале во время демонстрации остросюжетного фильма, проанализировали их и получили профиль "коллективного стресса", который по мере развития сюжета и нарастания напряженности становился все более выраженным.Исследователи надеются, что экспресс-диагностика по молекулярным профилям получит широкое практическое применение. Помимо медицины, ее смогут использовать в криминалистике, системах досмотра и контроля, а также в других областях.
Наука
В России создали тугоплавкую керамику с применением кожуры помело

В России создали тугоплавкую керамику с применением..

Технологию получения тугоплавкой керамики с использованием продуктов высокотемпературного разложения...

Наука
Самая высокая гора в Европе Монблан стала на два метра ниже

Самая высокая гора в Европе Монблан стала на два метра..

Высшая точка Альпийских гор, Монблан, потеряла 2 метра в высоте, следует из отчёта...

Наука
Российские ученые нашли способ предотвратить инфаркт

Российские ученые нашли способ предотвратить инфаркт..

Оценить эластичность сосудов по сердечному и пульсовому ритму пациента поможет методика, разработанная...

Наука
Глава МИД Японии на встрече G7 попросила называть ее просто по имени

Глава МИД Японии на встрече G7 попросила называть ее..

В ходе последней встречи G7, глава Министерства иностранных дел Японии, выдвинула необычную просьбу:...

Наука
Посол России рассказал о последствиях запрета на ввоз рыбы из Норвегии

Посол России рассказал о последствиях запрета на ввоз..

Запрет на ввоз рыбы из Норвегии, введенный Россией в 2014 году, имел серьезные последствия как для...

Наука
Путин поручил разработать нацпроект, формирующий космические сервисы

Путин поручил разработать нацпроект, формирующий..

Президент Российской Федерации Владимир Путин поручил разработать национальный проект, направленный на...

Комментарии (0)