Самарские ученые повысили точность ранней диагностики новообразований кожи до 97%

Коллектив ученых Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева и Самарского государственного медицинского университета (СамГМУ), а также клинические специалисты Самарского областного онкологического диспансера (СОКОД) протестировали новый способ ранней диагностики рака кожи с помощью оригинального комплекса из трех новых приборов. 
 

Эффективность лечения онкологических заболеваний напрямую зависит от своевременности их выявления. К примеру, для меланомы - самой агрессивной формы опухоли кожи, выявленной на первой стадии, пятилетняя выживаемость после лечения составляет 98%, и не превышает 15% при диагностике в четвертой стадии. 

Созданные коллективом самарских ученых методы позволили повысить эффективность активной и ранней диагностики новообразований кожи до 97%, в то время как точность обычного, стандартного клинического исследования не превышает 50-60%.



Результаты исследований изложены в статье «Combined Raman and autofluorescence ex vivo diagnostics of skin cancer in NIR and visible regions», которую опубликовал один из самых авторитетных журналов, посвященных использованию современной оптической технологии для медико-биологических исследований - Journal of Biomedical Optics1.

 

В основе методики самарских ученых - разработанная на кафедре лазерных и биотехнических систем Самарского университета (заведующий профессор Валерий Захаров) система спектроскопического анализа проблемных участков кожи с последующей медицинской интерпретацией полученных данных, предлагаемой кафедрой онкологии СамГМУ под руководством профессора Сергея Козлова.
 

Как пояснил профессор Захаров, разработанная система спектрального анализа позволяет одномоментно регистрировать параметры кожи пациента во многих спектральных диапазонах, что дает возможность заметить патологические изменения на клеточном уровне, поскольку больные клетки по своему спектру отличаются от здоровых. 


 

Для массовых обследований этот способ подходит как нельзя лучше: он не только позволяет достаточно точно и быстро диагностировать патологию, но и не требует использования дополнительных расходных материалов и реактивов, а также в ряде наблюдений обойтись без использования инвазивных методов подтверждения диагноза. “Так, к примеру, при подозрении на меланому кожи неправильная биопсия опухоли повышает риск метастазирования”, - добавил куратор проекта, доцент кафедры онкологии СамГМУ Александр Морятов. - В любом случае после обследования пациента и хирургического лечения мы окончательно подтверждаем диагноз морфологически”.

Для диагностики ученые используют три аппарата.

Первый - экспериментальная установка для измерения комбинационного рассеяния, она изучает спектральные характеристики новообразований, в первую очередь, меланомы кожи. По словам Сергея Козлова, этот аппарат подходит для точного установления природы злокачественной опухоли, позволяя быстро и безопасно проводить дифференциальную диагностику между меланомой и другими формами опухолей кожи. “Эта установку можно установить в обычной районной поликлинике”, - уточнил профессор. 

Второй прибор - дерматоскоп - дает визуальную картину опухоли с максимальным приближением к ее поверхности и позволяет в режиме реального времени увидеть и зафиксировать для анализа характерные признаки этого заболевания. По словам Сергея Козлова, этот прибор выгодно отличается от похожих удобным интерфейсом, возможностью проводить анализ в режиме поляризованного света, а также с помощью специальной подсветки изучать особенности накопления меланина, гемоглобина, строения капиллярных сетей в изучаемых участках кожи.

Третий - гиперспектральная камера - позволяет за короткое время с высокой точностью сделать несколько десятков снимков в разных спектрах (для разных новообразований кожи характерны разные оптические характеристики).



Все три прибора - совместная разработка ученых Самарского университета, СамГМУ и СОКОД - и направлены они на сопоставительное исследование оптических характеристик здоровых и патологически измененных тканей, в котором анализ различных типов новообразований строится на основе совместной интерпретации их спектров, полученных с применением совершенно безопасных технологий и источников лазерного излучения с различной длиной волны.

Речь идет о двух видах анализа спектров, характер которых зависит от биохимического состава исследуемой ткани, – спектр комбинационного рассеяния (КР)2 и спектр автофлуоресценции (АФ)3. «Такая «двойная» спектроскопия позволяет, как показывают наши эксперименты, получить информацию о структуре тканей, на основании которой можно весьма точно идентифицировать различные виды опухолей кожи», - утверждает доцент кафедры лазерных и биотехнических систем Самарского университета Иван Братченко.

Все три аппарата работают на кафедре онкологии СамГМУ, клинической базе Самарского областного клинического онкологического диспансера и уже несколько месяцев используются при обследовании пациентов врачами-онкологами. С помощью этого оборудования уже обследованы более 400 человек. “Получаемые результаты дают основание надеяться, что мы приближаемся к точности диагностики сравнимой с морфологическим исследованием”, - отметил Александр Морятов. 

По оценке Сергея Козлова, диагностические аппараты показали высокие разрешающие способности и со временем могут выйти на рынок медицинской техники: “Конкурентов в России и за рубежом у нас немного, а полученные результаты лучше”.

 

Перспективы своих исследований по диагностике новообразований кожи самарские ученые связывают с повышением ее точности за счет усложнения математического анализа спектральных данных. В их дальнейших планах - интегрировать комплекс из трех аппаратов с волоконной оптикой, чтобы использовать их уже для диагностики опухолей внутренней локализации (желудочно-кишечного тракта, легких и т.д.), сохраняя при этом тот же безопасный для человека принцип исследования - спектральный анализ опухолей.

___________________________________

1Journal of Biomedical Optics индексируется в базе Scopus с 1996 года (по настоящее время). По данным SCImago Journal Rank, журнал имеет самый высокий квартиль Q1 по всем научным областям, определяемым в базе: Atomic and Molecular Physic, and Optics; Biomaterials; Biomedical Engineering; Electronic, Optical and Magnetic Materials.

В состав редакционной коллегии журнала входят ученые из университетов США, Ирландии, Швеции, России, Дании, Великобритании, Австрии, Италии, Швейцарии, Австралии, Германии, Канады, Норвегии, Тайваня, Гонконга.

2Комбинационное рассеяние света (эффект Рамана) - неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества, сопровождающееся заметным изменением частоты излучения. В спектре рассеянного излучения появляются спектральные линии, которых нет в спектре первичного (возбуждающего) света. Число и расположение появившихся линий определяется молекулярным строением вещества.

Принцип КР для исследования рака основан на том, что развитие опухоли сопровождается химическим и структурным изменениями тканей кожи на молекулярном уровне. Эти изменения отражаются в спектрах КР, которые уникальны для каждого молекулярного соединения.

3Метод автофлуоресцентного анализа основывается на том, что биологические молекулы способны переизлучать часть поглощенного света. Поглощенная энергия высвобождается в виде света, имеющего другую длину волны. Описанный феномен называют автофлуоресценцией, так как в нем не участвует вещества, подводимые извне.
Фото: Наталия Орлова (фотоклуб "Иллюминатор")