Самарские ученые разрабатывают метод лазерной экспресс-диагностики рака простаты

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П.Королёва совместно с коллегами из Москвы⁽¹⁾ разрабатывают метод экспресс-диагностики рака простаты с помощью лазерной спектроскопии. Результаты исследований опубликованы в известном международном научном журнале Molecules, посвященном различным разделам химии, в том числе медицинской и физической химии.

По данным из открытых источников, ежегодно в мире выявляется около 400 тысяч случаев рака простаты, в ряде стран он занимает в структуре онкологических заболеваний второе или третье место после рака легких и рака желудка. Этот тип злокачественного новообразования традиционно считается одним из самых сложных для диагностики, поскольку он часто развивается вместе с предопухолевыми процессами, когда опухоли по сути еще нет и ее нельзя увидеть во время ультразвукового или рентгенологического исследования.

С 70-х годов прошлого века и по настоящее время для ранней диагностики рака предстательной железы обычно назначается анализ крови на простатический специфический антиген (ПСА). Однако с помощью этого анализа наличие рака однозначно определить нельзя, потому что уровень ПСА увеличивается в крови и при доброкачественной опухоли простаты, и при хроническом простатите. Кроме того, получение результатов данного анализа в лаборатории, как правило, занимает не менее двух дней.

"Точная и быстрая диагностика онкологических заболеваний остается актуальной проблемой мировой медицины. На сегодняшний день наиболее перспективным инструментом для клинической диагностики злокачественных опухолей в реальном времени являются спектральные методы, которые обладают рядом преимуществ: они не требуют специальной подготовки объекта исследования и обладают высокой химической и биохимической специфичностью. Наиболее чувствительным спектральным методом анализа метаболизма тканей человека является Рамановская спектроскопия⁽²⁾, при которой задействовано лазерное излучение", - рассказал один из авторов статьи, доцент кафедры лазерных и биотехнических систем Самарского университета Дмитрий Артемьев.

Рамановская спектроскопия – это один из методов оптической биопсии: посветив лазерным лучом на исследуемую ткань, с помощью спектрального анализа можно оценить биохимические и структурные изменения, происходящие в тканях. Таким образом, результат анализа можно узнать буквально за считанные минуты, после компьютерной обработки полученных спектральных данных.

"Первый этап нашего исследования показал, что Рамановская спектроскопия, безусловно, имеет потенциал для диагностирования злокачественных образований простаты. Результаты, представленные в нашей статье, показывают, что этот метод полностью позволяет выявлять опухолевую ткань простаты, отличая ее от здоровой. В ходе многочисленных экспериментов были определены параметры лазерного излучения, необходимые для эффективной диагностики", - отметил Дмитрий Артемьев.

По итогам экспериментов, проведенных на различных образцах человеческой ткани, ученые определили, что наиболее эффективным для диагностики новообразований простаты является инфракрасный лазер с длиной волны 785 нанометров. Лазеры примерно с такой длиной волны ранее массово применялись в компьютерных CD-дисководах, а сейчас их можно встретить в лазерных принтерах.

"Значения точности достигли 100% для лазера с длиной волны 785 нм. Были подтверждены основные особенности клеточного метаболизма, происходящего в ткани злокачественной опухоли простаты, а именно отсутствие аэробного гликолиза, сверхэкспрессия определенных маркеров и сильное увеличение концентрации холестерина и его сложных эфиров, а также жирных кислот и глутаминовой кислоты. Наличие в спектре ансамбля пиков комбинационного рассеяния с повышенной интенсивностью, присущих жирным кислотам, бета-глюкозе, глутаминовой кислоте и холестерину, является фундаментальным фактором для идентификации рака простаты", - подчеркнул ученый.

Для использования разрабатываемого метода диагностики на практике необходимо создать тонкий оптоволоконный зонд. По одним оптическим волокнам зонда лазерный луч попадет на обследуемые ткани, а при помощи других оптоволокон собирается и доставляется излучение, которое несет в себе необходимую спектральную информацию. Проект планируется реализовать в течение нескольких лет.

^{Справочно}

^{(1) В исследованиях, проводимых при финансовой поддержке Российского научного фонда, принимают участие представители Самарского университета имени С.П.Королёва, Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова, Научно-исследовательского института морфологии человека (Москва) и Института физики твердого тела РАН (г. Черноголовка Московской области).}

^{(2) Рамановская спектроскопия - это вид оптической спектроскопии, основанный на взаимодействии лазерного излучения с веществом. Она позволяет получить представление о структуре вещества или его характеристиках и дает информацию о внутримолекулярных и межмолекулярных колебаниях. Рамановская спектроскопия дает спектральную характеристику колебаний молекул (“молекулярный отпечаток”) и применяется для идентификации веществ и анализа структурных изменений, происходящих в веществах.}

^{(3) Предыдущие результаты научных изысканий ученых Самарского университета, посвященных диагностике опасных заболеваний с применением лазерного излучения и эффекта Рамана, опубликованы в известных международных журналах: Journal of Biomedical optics, Journal of Biophotonics и Optical Engineering.}