Немецкие физики внесли весомый вклад в диагностику рака

Ранняя диагностика рака - дело очень важное и нужное, но чрезвычайно сложное. Результаты пальпации и визуализирующие методы исследования могут вызвать у врача лишь начальные подозрения, для окончательного диагноза необходимо гистологическое исследование пробы ткани на предмет наличия в ней раковых клеток. Для этого клеточная структура ткани изучается с помощью специальных приемов окрашивания в сочетании со световой и электронной микроскопией.

Мало того, что такая диагностика требует много времени и обходится недешево, так она еще и далеко не всегда дает достоверный результат. И вот в 2005 году двое немецких ученых, причем не медиков, а физиков, предложили совершенно новый, альтернативный метод выявления раковых клеток по их механическим свойствам. И не просто предложили метод, но и разработали соответствующее оборудование.

Оптический растяжитель клеток

Свое изобретение Йозеф Кес (Josef Käs) и Йохен Гук (Jochen Guck) назвали cell-stretcher, то есть "растяжитель клеток". "Мы направляли на клетку с двух противоположных сторон два лазерных луча, - вспоминает Йозеф Кес, ныне профессор физики мягкой материи в Лейпцигском университете. - Вообще-то мы хотели таким образом сжать клетку, полагая, что свет от нее будет отражаться, однако на самом деле клетка оказалась прозрачной, и свет просто проходил насквозь. Но перенос импульса при этом все же имел место. И вот этот самый перенос импульса строго определенным образом деформировал, растягивал клетку. То есть мы получили возможность измерять степень жесткости - или мягкости - клетки. Как в школе на уроке физики измеряют модуль упругости пружины, подвешивая к ней грузики, так мы определяли модуль упругости клетки, растягивая ее с двух сторон".

Идея такого диагностического аппарата базируется на том факте, что раковые клетки существенно мягче здоровых клеток той же ткани, поскольку в них уже на ранней стадии злокачественного перерождения начинает разрушаться так называемый клеточный скелет - опорные структуры цитоплазмы.

Йохен Гук, второй автор оптического растяжителя клеток, сегодня работает в Великобритании - он профессор Кембриджского университета. Возглавляемая им группа недавно опубликовала результаты клинических испытаний в области ранней диагностики рака слизистой полости рта. Испытания наглядно показали, что деформационный тест клеток действительно позволяет обнаруживать заболевание на ранней стадии. Для диагностики берется мазок со слизистой. Затем клетки смывают жидкостью и пропускают по тонким капиллярам специального пластикового чипа, где они подвергаются синхронному воздействию двух противоположно направленных лазерных импульсов. Измерение модуля упругости одной клетки пока занимает 2 секунды, однако производительность аппарата следующего поколения должна составить уже 5 тысяч клеток в секунду.

Экономика тормозит науку

Как же обстоит дело с этой инновационной диагностикой сегодня? "С научной точки зрения все идет просто превосходно, - говорит профессор Кес. - Но в коммерческом отношении есть пока проблемы, ведь экономический кризис не способствует быстрому внедрению в производство инновационных разработок".

По словам профессор Кеса, лицензия на реализацию проекта была отдана компании Zeiss. Тамошние инженеры планировали сконструировать аппарат, пригодный для повседневной медицинской практики, и выйти с ним на рынок. Однако компания переживает сегодня отнюдь не лучшие времена, она понесла серьезные убытки и вынуждена была заморозить проект. Поэтому авторам разработки пришлось искать другую фирму, готовую взяться за практическую реализацию их идеи.

Впрочем, даже если все сложится удачно, аппарат для медицинской практики будет готов не раньше, чем через пять, а то и десять лет. "А вот серийное производство прибора для научных целей может начаться уже в следующем году, - считает профессор Кес. - В покупателях недостатка не будет, поскольку информация о механических свойствах клеток позволяет судить об особенностях возникновения, развития и структуры многих опухолей.

"Совместно с клиникой "Гамбург-Эппендорф" мы ведем сейчас исследования, касающиеся рака молочной железы, - говорит профессор Кес. – Наша главная задача состоит в том, чтобы выяснить, на каком этапе раковая опухоль начинает метастазировать. Так вот, нам удалось выявить совершенно новый класс клеток - гиперактивные клетки, которые, как мы полагаем, играют ключевую роль в процессе метастазирования".

Эти гиперактивные клетки, обнаруженные также в опухолевой ткани при раке легких и раке шейки матки, отличаются от прочих тем, что активно сжимаются при воздействии внешнего растягивающего усилия. Функцию этих клеток еще предстоит выяснить, но очевидно, что без аппарата Кеса и Гука их, скорее всего, вообще никогда не обнаружили бы. Поэтому тот скептицизм, которым медики-клиницисты встретили поначалу прибор из арсенала физиков, сегодня уступает место искреннему интересу.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева