(PhysOrg.com) – Европейские исследователи разработали высокочувствительное ультразвуковое оборудование, которое может обнаруживать крошечные количества отражающих микропузырьков, предназначенных для прилипания к определенным опухолевым клеткам. Методика должна выявить опухоли на ранней стадии и повысить шансы пациентов на выживание.
Большинство современных диагностических методов – биопсийный анализ, биохимические тесты и медицинская визуализация – недостаточно чувствительны. Они часто возвращают ложный отрицательный результат; опухоль обнаруживается только тогда, когда она намного больше, и слишком поздно.
Европейские исследователи разрабатывают новую технику, которая поможет медицинским работникам визуализировать крошечные количества патологической ткани у пациентов. Технология может локализовать опухоли на самых ранних стадиях их развития и помочь врачам начать лечение намного раньше, что дает пациентам гораздо больше шансов на выживание.
В новом подходе используется медицинский ультразвук, безопасная технология, наиболее часто используемая для пренатальной визуализации плода и визуализации других мягких тканей. Зонд посылает высокочастотные акустические волны в тело и определяет, как они отражаются от границ раздела между различными тканями.
Чтобы улучшить чувствительность этого метода визуализации, сонографист может иногда вводить пациентам так называемый контрастный агент, который значительно увеличивает рассеяние акустических волн обратно на зонд. Для ультразвуковой визуализации контрастные вещества основаны на «микропузырьках», заполненных газом шариках микронного размера, которые ярко проявляются на ультразвуковом изображении.
Исследователи проекта TAMIRUT, финансируемого ЕС, разработали микропузырьковую среду, которая может специфически нацеливаться и связываться с определенными патогенными клетками в организме (такими как эндотелиальные клетки сосудов, выстилающих опухоль). В сочетании с улучшенным ультразвуковым оборудованием и возможностями обработки сигналов система может определять, где микропузырьки прилипают к клеткам-мишеням, и обнаруживать наличие опухолей на ранних стадиях.
Сотрудничество с фармацевтической компанией Bracco Research S.А. в Швейцарии исследователи TAMIRUT разработали способ прикрепления антител к поверхности микропузырьков. При выборе антитела со сродством к молекулам маркера, обнаруживаемым только на клетках сосудов-мишеней, микропузырьки «прилипают» только к клеткам-мишеням.
Но обнаружить эти горячие точки на сканировании непросто. «Мы изучаем самые ранние стадии роста опухоли, поэтому присутствует не так много клеток, экспрессирующих интересующий маркер», – объясняет Алессандро Ненсиони, координировавший проект.
«На участке может быть только три или четыре микропузырька, и современное ультразвуковое оборудование не может их уловить. Работа над оборудованием и обработкой сигналов является важным аспектом этого проекта, поскольку мы стремимся разработать возможности ультразвуковой визуализации следующего поколения.”
Сильные сигналы
Esaote, итальянский производитель оборудования для медицинской визуализации, работает с несколькими партнерами по исследованиям и двумя МСП: Vermon, французским производителем медицинских датчиков для визуализации, и SignalGeneriX, небольшой фирмой на Кипре, имеющей опыт в обработке сигналов. Их цель – создать сканер и специальный зонд, который может передавать и принимать ультразвуковые волны в широком диапазоне частот и форм волн, чтобы использовать (без каких-либо изменений) гармонические составляющие, вызванные нелинейным рассеянием акустической волны микропузырьков.
Сканирующее оборудование должно иметь достаточную вычислительную мощность для интерпретации волн, улавливаемых зондом, обновления живого изображения и корректировки передаваемых сигналов в реальном времени. Их функция обнаружения обеспечивается специально разработанными методами обработки сигналов, способными обнаруживать очень ограниченное количество микропузырьков (вплоть до одного пузырька), оценивать их концентрацию и отслеживать их поведение для поиска диагностического ответа.
Первоначально партнеры по проекту думали, что можно будет различать связанные и несвязанные микропузырьки по тому, как они рассеивают определенные ультразвуковые частоты и формы волн. Однако обширное моделирование и лабораторные испытания показали, что это очень сложно. Вместо этого ученые нашли очень простой ответ: через 10 минут микропузырьки, прикрепленные к клеткам-мишеням, остаются на месте, в то время как свободные микропузырьки рассеиваются.
Новый зонд обнаружит и рассчитает их локальную концентрацию, а операторы смогут визуализировать любые области с высокой плотностью микропузырьков во всем органе. Повторение этого нового метода визуализации с течением времени может помочь медицинскому персоналу оценить эволюцию опухоли, особенно ее васкуляризацию.
Используя специально разработанный целевой микропузырьковый контрастный агент, улучшенное ультразвуковое оборудование и обработку сигналов, команда TAMIRUT уже продемонстрировала в симуляциях потенциал этого подхода для раннего обнаружения рака простаты.
«Наш подход имеет большое значение для устранения или значительного уменьшения проблемы ложноотрицательного диагноза, – говорит Ненсиони, – предлагая вторую степень оценки после скрининга анализа крови. Он чувствительный, специфический, и вы можете исследовать весь орган, что невозможно при биопсии.”
Этот ультразвуковой метод повышает точность, комфорт пациента и стоит примерно вдвое дешевле, чем биопсия. Это может сэкономить европейским поставщикам медицинских услуг до 250 миллионов евро ежегодно только на биопсии.
Необходимость клинических испытаний целевого контрастного вещества и последующего утверждения на людях означает, что целевой микропузырьковый агент вряд ли будет доступен в течение как минимум трех лет. Но улучшенные алгоритмы обработки сигналов помогут повысить чувствительность ультразвукового оборудования независимо от использования этих микропузырьков.
Esaote работает с другими коммерческими партнерами над внедрением новых функций обработки сигналов в свое медицинское оборудование для визуализации к концу 2009 года.
Проект ТАМИРУТ получил финансирование от ИКТ-направления Шестой рамочной программы исследований.
Предоставлено ICT Результат