Да будет свет! Как оптические технологии помогают находить и убивать рак
Новые технологии помогают ставить диагноз и лечить онкологические заболевания. Фото: Only_NewPhoto/Shutterstock/Fotodom
Как свет помогает ставить диагноз и лечить онкологические заболевания? Почему нормальные клетки и раковые светятся по-разному? Как оптогенетика помогает врачам изучать устройство мозга?
Эти и другие темы в программе «Время науки» на Радио “Комсомольская правда” (97,2 FM) обсуждали:
- радиожурналист Мария Баченина,
- академик РАН Александр Сергеев, научный руководитель Национального центра физики и математики (НЦФМ),
- их гость – доктор медицинских наук, профессор РАН, член-корреспондент РАН Елена Загайнова, сопредседатель Всероссийской междисциплинарной научно-практической конференции «Флуоресценция для биомедицины».
Александр Сергеев, Мария Баченина и Елена Загайнова
Фото: Иван МАКЕЕВ. Перейти в Фотобанк КП
КАК СВЕТ МЕНЯЕТ МЕДИЦИНУ
Мария Баченина:
- Елена Вадимовна, для большинства людей слово «флуоресценция» мало о чем говорит. Но физики и медики считают, что это явление способно стать одним из главных инструментов спасения жизни. Каким образом?
Елена Загайнова:
- Действительно, звучит как фантастика. Очень давно, в конце XIX века, профессор Стокс открыл явление флуоресценции. Он исследовал флуоресцирующий материал флюорит и показал, что что это вещество поглощает один свет, а излучает другой, то есть преобразует его в свечение с совершенно другой длиной волны. Светим синим - светится красным. А дальше это открытие трансформировались в два интересных направления. С одной стороны, диагностика. Когда мы светим, например в мочевом пузыре синим светом и видим красное свечение тканей, которого без подсветки нет. Второе направление - это лечение: когда мы светим светом, вводим определенное вещество, оно накапливается в плохих клетках и мы их убиваем.
Мария Баченина:
- А чтобы мочевой пузырь начал светиться, туда нужно что-то добавить? Или наши клетки сами светятся в ответ на определенный импульс?
Елена Загайнова:
- 10 лет назад я бы вам сказала: да, надо что-то добавить. Это была прекрасная 5-аминолевулиновая кислота, она вводилась в пузырь, накапливалась в нехороших клетках (раковых или предраковых) мы потом подсвечивали лазером и видели красное свечение. Тогда все плохо, эти клетки надо удалять. Сегодня мы можем подсветить собственные флюорофоры организма и посмотреть на их накопление в опухолевых клетках уже без добавления посторонних средств.
Александр Сергеев:
- Каждая молекула нашего тела подвержена этому явлению, потому что это свойство атомов и молекул. Под действием света эта молекула, атом, переходит в возбужденные состояния, а возврат назад, в исходное состояние, осуществляется через сбрасывание света на другой длине волны.
Доктор медицинских наук, профессор РАН, член-корреспондент РАН Елена Загайнова, сопредседатель Всероссийской междисциплинарной научно-практической конференции «Флуоресценция для биомедицины».
Фото: Иван МАКЕЕВ. Перейти в Фотобанк КП
КАК ОТЛИЧИТЬ ОПУХОЛЬ ОТ ЗДОРОВОЙ ТКАНИ
Мария Баченина:
- А почему нормальные клетки отличаются от злокачественных по свечению?
Елена Загайнова:
- Это сначала увидели биологи в своих лабораториях, они обратили внимание, что нормальные клетки и раковые имеют разное время жизни молекул, которые отвечают за активность метаболизма. Раковые клетки делятся быстро, энергии им надо много, поэтому метаболизм у них активный, хотя и не совсем правильный. А хорошие клетки живут спокойно, функционируют и делятся медленно, по сравнению с раковыми. Именно на этом строится диагностика - раковые и нормальные клетки светятся очень по-разному. Попробовали это на пациентах посмотреть - получилось. А начали не с мочевого пузыря, а с патологий кожи, которые доступны поверхностному наблюдению.
Александр Сергеев:
- А куда это сейчас проникло? В какие органы? Например, в диагностику мозга?
Елена Загайнова:
- Есть разработки, которые пришли в клиническую практику, в том числе и отечественную. Это микроскопы с флуоресценцией. Нейрохирурги готовы с ними работать, потому что они позволяют очень точно и аккуратненько убрать нехорошие ткани и оставить максимум хороших. От этого зависит, как пациент потом будет жить - говорить, соображать и так далее. Если мы говорим именно о биологии, которая пока не пришла в клинику, то есть перспективный метод оптической диагностики FLIM (fluorescence life time) - который оценивает время свечения тканей или молекул после прекращения светового импульса.
ЗАГЛЯНУЛИ ВНУТРЬ МОЗГА
Александр Сергеев:
- А если говорить о диагностике когнитивной деятельности, там оптические методы применяются?
Елена Загайнова:
- Есть интересный метод, который называется очень красиво - оптогенетика. Он был открыт в 2005 году. Это очень сложная система, она позволяет управлять активностью нейронов при помощи света. В чем особенность? Давным-давно, еще в 60-х годах, профессор Крик, который известен как открыватель структуры ДНК, сказал: хотите разобраться, как устроен мозг? Ищите систему, которая позволит вам стимулировать изолированные нейроны. Потому что электроэнцефалография или МРТ не могут изолированно стимулировать.
Александр Сергеев:
- То есть, даем воздействие - и гудит весь мозг, много нейронов работает. А задача заключается в том, чтобы уметь стимулировать один отдельный нейрон и посмотреть, как он дальше связан с другими?
Елена Загайнова:
- Да, мы говорили до этого теоретически: вот эта зона мозга отвечает за речь, эта - за хождение, эта - за чувство страха. Но доказать это не получалось. Нужен был инструмент, который бы четко зону нейронов раздражал, и получал в соответствии с теорией нужный ответ. Когда эта система создавалась, журнал Nature объявил это прорывом десятилетия. Теперь, благодаря оптогенетике мы можем изучать любые нейродегенеративные заболевания на экспериментальных животных.
А вот современные клеточно-генетические подходы (это уже не оптогенетика - Ред) открывают совсем уникальные возможности. Например, можно от пациента, у которого установлен диагноз, взять периферические клетки, путем генетических манипуляций превратить их в нейроны и смотреть, что эти нейроны делают - как они откликаются на воздействие. Соответственно, чтобы лучше видеть, можно подсвечивать их разными флуоресцентными красками. Причем мы не просто изучаем механизм того, что происходит с мозгом, но и ищем, чем можно полечить. Что добавить, чтобы нейронам стало лучше, чтобы запустить процесс обратного развития. На сегодняшний день, к сожалению, в кругу ученых принято считать, что у нейродегенерации нет обратного развития. Можно остановить, чуть улучшить когнитивные функции, но пока обратного развития нет. Но это - сегодня. А через пять лет все может измениться.
Елена Загайнова - гость Радио "Комсомольская правда"
Фото: Иван МАКЕЕВ. Перейти в Фотобанк КП
КАК ОПТИКА ПОМОГАЕТ ТРАНСПЛАНТОЛОГАМ И ОНКОЛОГАМ
Мария Баченина:
- Какие онкологические заболевания врачи уже научились лечить? А к каким пока сложно подобраться?
Елена Загайнова:
- Например, меланома была приговором в начале 2000-х. А потом мы получили в руки иммунотерапию и научились меланому лечить. Непобедимой, к сожалению, пока остается глиобластома - это опухоль мозга. Тут вызов пока не принят.
Мария Баченина:
- Вы хотите сказать, что любой рак, в зависимости от стадии - лечится, а глиобластома - единственное неизлечимое онкозаболевание?
Елена Загайнова:
- Не совсем так. С другими локализациями есть шансы. Там есть процент выживания. Возьмем мочевой пузырь, там, я бы сказала, добрый рак. Там эпителий такой, что опухоль медленно растет, она хорошо удаляется, а потом хорошо лечится. И раз уж мы про это заговорили, я - как доктор - очень призываю людей: первый диагност - это вы сами. Если вы увидели кровь в моче, пожалуйста, обратитесь к урологу. Это первый нехороший симптом. Он возникает рано, с ним можно справиться, и человек потом будет жить и 20, и 30 лет.
Александр Сергеев:
- А в современной трансплантологии свет помогает принимать решение - можно делать пересадку органов или нельзя?
Елена Загайнова:
- Да, помогает. Причем не только в оценке целых органов, но и частей органов. Например, производится пересадка островков поджелудочной железы из плохой железы пациента. Возникает вопрос: если мы выделим такие островки, они будут хорошие или плохие? Стоит их обратно пересаживать? Здесь оптика очень хорошо видит разницу. Но пока это еще экспериментальная история, в клинической практике таких рекомендаций нет.
Кроме того, трансплантологам очень хочется получить метод, который бы помог бригаде, приехавшей на забор органа, понять - хорошая, например, печень для пересадки или не очень? Сейчас им надо обязательно взять биопсию, потому что ультразвук на все вопросы ответы не дает. Поэтому нужен какой-то метод быстрой экспресс-оценки качества печени. Ведь есть заболевания, при которых печень забирать и пересаживать нельзя. И мы предложили метод на основе флюоресцентной диагностики (FLIM), который работает практически в операционном поле, на столе. Пока прибор не портативный, но в перспективе мы к этому придем.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
10 открытий русских физиков, которые перевернули мир: Оптоволокно, лазерная хирургия и МРТ