«С помощью света можно определять осложнения при диабете и границы раковых опухолей»
В РФ создаются оптические технологии, которые позволяют оценивать вероятность развития осложнений при диабете с помощью простейшего портативного устройства, моментально определять границы раковых опухолей, лечить злокачественные образования практически без побочных эффектов, бороться с псориазом и даже моделировать геологические процессы. Об этом в эксклюзивном интервью «Известиям» рассказал самый цитируемый в мире ученый в области биофотоники Валерий Тучин. Разговор со специалистом состоялся в рамках роуд-шоу премии «Вызов» в Саратове, лауреатом которой в номинации «Ученый года» стал исследователь. Подать заявку на премию «Вызов» можно до 21 мая на сайте проекта.
«Мы поставили задачу неинвазивными методами следить за состоянием больного организма»
— Вы активно развиваете применение оптических технологий в медицине. Какими разработками вы заняты сейчас?
— С помощью света можно определять осложнения при диабете и границы раковых опухолей. Сейчас нас сильно занимает проблема диабета. Диагностируют эту болезнь хорошо, но практически у всех пациентов развиваются осложнения. Мы поставили себе задачу, чтобы неинвазивными оптическими методами следить за состоянием больного организма. Мы изучаем гликирование тканей — процесс, когда белки и липиды присоединяют молекулы глюкозы. В результате молекула белка становится большей по размерам, между молекулами белка появляются сшивки и ткань уплотняется. Это означает, что весь метаболизм затруднен. Это происходит при диабете и старении. Диффузия (проникновение одного вещества в другое. — «Известия») любой молекулы затрудняется. И мы измеряем скорость диффузии как маркер степени гликированности ткани.
В данный момент мы ищем корреляцию между скоростью диффузии молекул в поверхностных тканях, что можно легко измерить с помощью света, а именно в коже, в слизистой полости рта, на губе или, например, склере глаза, и во внутренних органах, сердечной мышце, мозге. Сейчас есть стандартный тест на гликированный гемоглобин. Это один из маркеров, по которому можно судить о состоянии больного. В будущем в медицинской карте к нему добавится степень гликированности белков кожи. После того как мы установим надежно взаимосвязи для многих животных и потом для людей, между этим показателем и состоянием отдельных органов, то сможем сказать, например, что при таком-то коэффициенте диффузии у пациента большие шансы сначала получить инфаркт, а потом потерять зрение и нужно что-то предпринимать уже сейчас.
Вы видели, наверное, измеритель оксигенации. Его просто надевают на пальчик, и примерно таким же будет наше устройство. Палец сначала надо будет смочить агентом в виде геля, как при УЗИ, а потом надеть прибор. Технически это несложно, главное знать корреляцию. Я думаю, что на внедрение методики в практику понадобится около пяти лет. Мы пионеры в этой области. В мире пока никто не обладает подобной методикой диагностики.
— Над диагностикой каких еще патологий вы работаете?
— Все типы рака. Рак кожи, почки, печени. Принцип основан на том, что при изменении структуры у злокачественной ткани изменяется скорость диффузии тестовых молекул. Это позволяет определить границы опухолей, что очень важно. Например, врач работает с биопсией. Чтобы провести гистологию нужно сначала тонко нарезать ткань и использовать специфические красители. Результат будет минимум на следующий день или даже через неделю, а медику нужно сделать заключение во время операции. Тогда можно посмотреть диффузию. Отрезал кусочек биопсии, положил на предметное стеклышко, капнул нашего раствора, дальше поставил камеру или другой измерительный прибор. Видишь картинку в виде разного распределения скорости диффузии на ней и можешь определить границу опухоли.
Сейчас мы устанавливаем и набираем статистику, что опухолевая и нормальная ткань имеют разную скорость диффузии. Причем ищем оптимальную тестовую молекулу, по которой это можно измерить. Работают все молекулы. Но у нас сейчас самые популярные глицерин и глюкоза.
«Любой КТ-аппарат можно легко дооснастить оптическим блоком»
— Вы уже давно занимаетесь развитием метода оптической когерентной томографии, какие успехи есть в этой сфере?
— Преимущества этой методики по сравнению с компьютерной томографией в ее безвредности для пациента. Однако так как это оптическая технология, то с ее помощью сложно проводить исследования в глубине тканей. Только если они прозрачные, как например глаз, или исследовать на поверхности кожи. Но я бы рассматривал оптическую когерентную томографию как дополнение к КТ и УЗИ. Они должны работать все в комплексе.
Мы предлагаем еще такую технологию. Допустим, пациенту сделали КТ или просветили любым пучком высокой энергии. Дошли до опухоли. А дальше она должна светиться под действием ионизирующего излучения и этот свет можно увидеть. Но если опухоль лежит глубоко и небольшая по размерам, то вы свет от нее не увидите, пока не сделаете просветление кожи. То есть мы работаем над тем, чтобы даже из глубины выпустить эти фотоны и зарегистрировать их. Чувствительность можно повысить в несколько раз, то есть определить самое начало формирования опухоли, что пока невозможно сделать другими методами, например, с помощью УЗИ.
А если взять рентгеновские фотоны, то они пойдут глубоко и там возбудят люминесценцию у раковых клеток, которые мечены специальными красителями. Их можно ввести инъекцией или выпить.
Любой КТ-аппарат можно легко дооснастить оптическим блоком и использовать эти методики.
— Сейчас активно развиваются методики с использованием искусственного интеллекта, вы как-то их применяете?
— Да, с помощью ИИ обучаем нашу измерительную систему на основе оптической когерентной томографии для надежного распознавания базалиомы. Это рак кожи, и его нужно отличать от доброкачественных опухолей.
— Давайте перейдем от диагностики к лечению. Есть какие-то достижения?
— Для лечения мы используем классические оптические методы. Например, фотодинамическую терапию рака. Преимущество методики в меньшем количестве побочных эффектов, по сравнению с другими подходами. Так обычно лечат поверхностные опухоли, но иногда и рак груди. Сейчас мы повышаем их чувствительность к свету не только за счет красителей, но и за счет насыщения наночастицами. Это позволяет их дополнительно нагревать и более эффективно уничтожать раковые клетки.
А также используется терапия за счет фотохимического разрушения. Мы делаем комбинацию наночастиц с красителем. Можем вести их системно, можем местно. Это зависит от технологии, а дальше мы облучаем светом до того места, куда он доходит. Использование просветления, которого мы добиваемся с помощью наших агентов, позволяет нам как минимум на 20–30% увеличить интенсивность света глубоко в ткани. То есть на 20–30% увеличить эффективность лечения.
В этом мы конкурируем с зарубежными исследователями, потому что это сейчас передний край науки. Сегодня этим занимаются пять-шесть научных групп в мире.
«Удивительно, для этого можно использовать простой глицерин»
— Какие еще виды терапии вы развиваете?
— Мы также работаем с классическим методом лечения кожных болезней — ПУВА-терапией. Она включает использование фотоактивных веществ вместе с облучением кожи длинноволновым ультрафиолетовым излучением. Так лечат псориаз и витилиго. Псориаз похож на рак, его иногда называют раком кожи, потому что происходит неконтролируемое размножение клеток. И они созревают не за месяц, как положено, а за недели. Образуются нагромождения несформированных клеток. Это сложная болезнь. До сих пор непонятно, в чем ее причина. И мы предлагаем открывать окно прозрачности кожи. Чтобы ультрафиолет прошел на нужную глубину. Удивительно, для этого можно использовать простой глицерин. Он идеально подходит, экономит подачу ультрафиолета и ускоряет его действие, чтобы не было побочных эффектов. Нам сначала нужно подтвердить эффективность методики на животных, а затем на людях. На это понадобится несколько лет.
Это наша идеология — чтобы облегчить себе жизнь и ускорить внедрение, мы стараемся встроиться в существующие технологии и усовершенствовать их. Это всегда проще, чем предлагать что-то совершенно альтернативное. Кроме того, при таком подходе мы используем все достоинства уже существующих технологий.
— Все эти разработки связаны с медициной, а есть ли у вас проекты в других сферах?
— У нас было интересное исследование коллагеновых губок. Коллаген — основной компонент соединительной ткани. Его часто используют в медицинских целях. Мы пропитали эти губки одним из наших агентов. Она схлопнулась и стала тоньше, но тяжелее. То есть она пропиталась и стала тоньше. Мы стали выяснять, как такое возможно. Оказалось, что всё это известно в геологии — это так называемые линзы. Они изменяются, когда под землю закачивают воду, чтобы разорвать пласты, и пошла нефть или газ. Это та же самая технология. У нас коллаген, а у них почва. И там и там важна пористость и смачиваемость материала.
Мы уже предложили исследователям, которые занимаются этой тематикой, моделировать свои геологические процессы на наших простых моделях. Мы можем рассчитать с их помощью, сколько надо закачать жидкости в породу, чтобы получить нужный эффект. Это достаточно просто масштабировать.