Учёным из «Stanford University School of Medicine» удалось удалить опухоль головного мозга у мышей с невероятной точностью, сообщает «WordScience.org».
В исследовании, опубликованном 15-го апреля 2012-го года в «Nature Medicine», группа во главе с Сэмом Гэмбхиром (Sam Gambhir) — доктором медицинских наук, профессором и заведующим кафедрой радиологии, показала, что мизерные наночастицы разработанные в лаборатории смогли подчеркнуть опухоль головного мозга, тем самым делимитировать её границы и значительно облегчить её полное удаление.
Ежегодно в Соединённых Штатах Америки у 14000 человек диагностируется рак головного мозга. Из них, около 3000 человек имеют глиобластому — наиболее агрессивная форма опухоли головного мозга. Прогноз для людей имеющих глиобластому, является очень мрачным: средняя продолжительность жизни без лечения составляет 3 месяца. Хирургическое удаление таких опухолей, увеличивает продолжительность жизни пациентов менее, чем на 1 год. Одна из главных причин заключается в том, что ни один самый квалифицированный нейрохирург не сможет удалить всю опухоль целиком, при этом не затронув здоровые ткани мозга.
«При удалении опухолей головного мозга, хирурги не могут позволить себе такую роскошь, как удалить большое количество окружающих здоровых тканей мозга, чтобы убедиться в отсутствии раковых клеток», — сказал Гэмбхир, директор «Molecular Imaging Program» в Стэнфорде. «Хирург должен оставить здоровые области головного мозга нетронутыми, насколько это возможно».
Это реальная проблема при глиобластоме, у которой невероятно грубые края. При такой опухоли, крошечные пальцевидные проекции обычно проникают в здоровые ткани, следуя по кровеносным сосудам и нервным трактам. Дополнительная проблема исходит от микрометастазов: крошечные участки опухоли, вызванные миграцией и репликацией клеток из первичной опухоли. Микрометастазы усеивают ближайшие здоровые ткани головного мозга. Они невидимы невооружённым глазом хирурга и могут дать ростки новым опухолям.
Хотя хирургия головного мозга сегодня имеет тенденцию руководствуются невооружённым глазом хирурга, новые молекулярные методы визуализации могут изменить эту ситуацию. Это исследование демонстрирует возможности использования высоких технологий наночастиц, выделяемых опухолевые ткани до и во время операции головного мозга.
Наночастицы, используемые в исследовании, по существу крошечные золотые шарики, покрытые реагентами. Каждая наночастица в диаметре менее, чем 5 миллионных дюйма — приблизительно одна шестидесятая человеческого эритроцита.
«Мы предположили, что частицы введённые внутривенно, предпочтительно сконцентрируются на опухолях, а не на здоровой ткани головного мозга», — сказал Гэмбхир, который также является членом «Stanford Cancer Institute». «Крошечные кровеносные сосуды, питающие опухоль головного мозга «дырявые», поэтому мы надеялись, что шарики будут впитывать кровь из этих судов и укрываются в близлежащих поражённых тканях». Ядра частиц золота увеличиваются, поскольку они имеют специализированное покрытие, затем одновременно предоставляют три различных метода визуализации, каждый из которых уникален и способствует для улучшения хирургического результата.
Одним из таких методов является магнитно-резонансная томография, которая на сегодняшний день используется довольно часто. Она помогает хирургам определить границы опухоли в головном мозге, но не может идеально описать её расположение.
Наночастицы, разработанные командой Гэмбхира покрыты гадолинием, контрастным веществом МРТ, таким образом, что позволяет им устойчиво ассоциироваться к относительно инертным сферам. (В исследовании, опубликованном в «Science Translational Medecine», Гэмбхир и его коллеги продемонстрировали на мышах, что наночастицы аналогичные тем, которые используются в данном исследовании, но не содержащие гадолиния, являлись нетоксичными.)
Второй метод является фотоакустическим изображением, в котором световые импульсы поглощаются материалами, такими, как ядра наночастиц золота. Частицы нагреваются незначительно, производя ультразвуковые сигналы, из которых может быть выявлено трёхмерное изображение опухоли. Поскольку этот способ изображения имеет высокую глубину проникновения и очень чувствителен к присутствию золотой частицы, он может быть полезен для удаления основной массы опухоли во время операции.
Третий метод, получивший название комбинационного изображения, использует способность некоторых материалов (входит в покрытие золотой сферы) выделять практически не видимое количества света в подписи изображения, состоящего из нескольких различных по длине волн. Поверхности ядер частиц золота усиливают слабые комбинационные сигналы, в результате чего они могут быть захвачены специальным микроскопом.
Чтобы продемонстрировать качество своего подхода, исследователи с помощью различных методов впервые продемонстрировали, что наночастицы имели направление только на опухолевую ткань.
Далее, они имплантировали несколько различных типов человеческих клеток глиобластомы в мозг лабораторных мышей. После введения наночастиц в хвостовую вену мышей, учёные смогли визуализировать все три изображения опухоли, которую породили клетки глиобластомы.
Просмотры МРТ обеспечили хорошими дооперационными изображениями общих форм и местоположений опухолей. А во время самой операции в реальном времени, фотоакустические изображения предоставляли точную визуализацию границ опухоли, тем самым повышая хирургическую точность.
Но ни магнитно-резонансная тамография, ни фотоакустические изображения сами по себе не могут отличить здоровые ткани от злокачественных за достаточно короткое время, чтобы идентифицировать каждую последующую часть опухоли. В этом случае третий метод — комбинационное изображение, оказался решающим. В исследовании комбинационные сигналы исходят только от злокачественной ткани, в которой устроились наночастицы. Таким образом, после того, как большая часть опухоли животного была снята, высокочувствительная техника комбинационного изображения была чрезвычайно точна в оставшихся ослабевающих микрометастазах и в крошечных пальцевидных проекциях опухоли, скрывавшихся в соседних здоровых тканях, которые были пропущены при визуальном осмотре. Данная техника в свою очередь позволила удалить эти опасные участки.
«Теперь мы можем распознать степень опухоли, непосредственно перед операцией, ориентируйтесь с молекулярной точностью во время самой процедуры удаления», — сказал Гэмбхир, предположив, что наночастицы склонные к нагреву на фотоакустической стимуляции в сочетании со своей спецификой, могут также использоваться при выборочном удалении опухоли. Далее он предположил, что такая точность в конечном итоге может быть использована при удалении других типов опухолей.
Исследование финансировалось «National Institutes of Health», «National Cancer Institute’s Center for Cancer Nanotechnology Excellence», «Ben and Catherine Ivy Foundation», «Canary Foundation» и «Leon Levy Foundation».
Источник: wordscience.org
