​Передовую систему диагностики злокачественных опухолей мозга во время операции разработали ученые Приволжского исследовательского медицинского университета и Института прикладной физики РАН. В основе метода лежит оптическая когерентная томография (ОКТ), которая широко применяется в офтальмологических обследованиях. Работа ученых с описанием перспектив использования ОКТ в нейрохирургии опубликована в двух научных журналах: Scientific Reports и Frontiers in Oncology.

 
Внешний вид оптического когерентного томографа, использованного в данном исследовании

Одним из самых распространенных заболеваний центральной нервной системы является глиома – опухоль головного мозга. Сложность лечения заключается в том, что она иногда врастает в белое вещество головного мозга и не имеет четких границ. Чтобы их определить, нижегородские ученые использовали оптическую когерентную томографию. По принципу работы эта технология напоминает ультразвуковую диагностику. Но, в отличие от звуковой, световая волна проникает в ткани на небольшую глубину — 1-2 мм. А затем, в зависимости от их структуры, отражается с разной степенью интенсивности. И на основании полученных данных прибор строит изображение головного мозга. С помощью ОКТ врачам удалось получить изображения тканей головного мозга, на которых четко видны различия между раковыми и здоровыми клетками.

 
Сравнение срезов здоровой и опухолевой ткани, полученных методом ОКТ при различных условиях измерений

ОКТ может использоваться для диагностики разных тканей … наша задача –выделить типовые признаки тканей и научиться их систематизировать, – рассказывает Александр Моисеев, старший научный сотрудник лаборатории высокочувствительных оптических измерений ИПФ РАН.

В ходе исследования ученые классифицировали ключевые различия между опухолевыми и здоровыми клетками. Для этого они проанализировали больше 300 снимков образцов тканей, взятых у пациентов во время операций по удалению опухоли и биопсии. Основным критерием они выбрали интенсивность сигнала ОКТ.

 
Внешний вид мозговой ткани и датчика томографа

Белое вещество состоит из миелиновых волокон — отростков нейронов, плотно обернутых клеточной мембраной. За счет такой структуры свет в здоровые ткани мозга проникает неглубоко и очень хорошо рассеивается. Поэтому от белого вещества мы получаем интенсивный сигнал. Клетки опухоли, наоборот, более разрознены, их плотность может варьироваться, из-за чего свет проникает более глубоко, а сигнал получается менее интенсивный, — объясняет Константин Яшин, врач-нейрохирург Университетской клиники ПИМУ.

 
Сравнение результатов гистологии (первые два ряда) с результатами расцвечивания карты мозга на основе ОКТ-измерений (два нижних ряда) для здоровых тканей (три левых столбца) и различных типов опухолей (три правых столбца)

По сравнению с УЗИ и МРТ оптическая когерентная томография обладает более высокой разрешающей способностью. И в особо сложных случаях, когда невозможно провести визуальную оценку оригинального снимка, с помощью ОКТ можно построить контрастное изображение мозга. В зависимости от интенсивности вернувшегося сигнала для всех типов тканей рассчитывают коэффициенты рассеяния и затухания. Каждому значению присваивают свой цвет, за счет чего изображение становится более контрастным, а различия между белым веществом и опухолью — более очевидными. Такой метод применяют, когда белое вещество находится в состоянии отека или опухоль является относительно доброкачественной.

 
Конструкция ОКТ

Исследование возможностей применения ОКТ в нейрохирургии поддерживается Российским научным фондом и Российским фондом фундаментальных исследований. В данный момент ученые реализуют проект по увеличению информативности ОКТ в исследованиях in vivo под руководством Александра Моисеева. Они работают над улучшением качества сигнала в оборудовании, которое будет использоваться во время проведения операции. Кроме того, исследователи планируют разработать специальный зонд для биопсии.

Часть опухолей являются неоперабельными . В этом случае мы берем образцы опухолевой ткани и отправляем их на экспертизу, чтобы подобрать химио- или лучевую терапию,объясняет Константин Яшин. 

Сейчас для получения необходимого образца врачам приходится брать большое количество проб, из-за чего возрастает риск для пациента. С помощью оптической когерентной томографии они смогут выявить точную область нахождения опухоли и избежать повреждения кровеносных сосудов, что позволит сократить число образцов и сделать биопсию более безопасной.

 
Цветокодированные карты, основанные на коэффициентах затухания

На сегодняшний день оптическая когерентная томография используется в разных направлениях медицины. Например, в эндоваскулярной хирургии, дерматологии, урологии. Сейчас с нами работает команда хирургов, которые используют эту технологию для проведения операций на кишечнике. Также сотрудники нашей лаборатории взаимодействуют с отоларингологами, которые применяют ОКТ для диагностики экссудативного отита — заболевания, которое может привести к потере слуха,перечисляет Александр Моисеев возможности применения этой технологии.

Параллельно исследователи приступили к работе над созданием специального атласа изображений с инструкциями по их интерпретации.

Елена Степанова

Похожие новости

  • 17/05/2019

    Ученые РФ и США научились менять 3D-геном для подавления генов, вызывающих опухоли

    ​Международная группа ученых нашла способ изменить пространственную организацию генома (3D-геном) для подавления образующих рак генов. Научная работа открывает новые возможности в создании лекарств для лечения онкологических заболеваний посредством изменения работы генов, пресс-служба Российского научного фонда, грантами которого на разных этапах было поддержано исследование.
    472
  • 27/08/2018

    Ученые раскрыли механизм работы связанных с раком и аутизмом белков

    ​Ученые определили роль нового семейства белков, связанных с раком и аутизмом. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Molecular Cell. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).
    427
  • 23/06/2018

    Российские ученые нашли вещество, ослабляющее защиту раковых клеток

    ​Российские молекулярные биологи открыли вещество, способное "отключать" белки, мешающие химиотерапии убивать раковые клетки, и успешно проверили его работу на культурах рака прямой кишки.
    930
  • 27/11/2018

    Российские биологи расшифровали генетический «секрет» светящихся грибов

    ​Российские биологи идентифицировали все гены, ответственные за биолюминесценцию светящегося гриба. Воссоздание путей синтеза необходимых для этого компонентов — люциферазы и люциферина — в дрожжевых клетках заставило их излучать свет, видимый невооруженным глазом.
    1185
  • 13/05/2019

    Ученые раскрыли новый механизм клеточной смерти

    Ученые раскрыли новый, ранее неизвестный механизм клеточной смерти. В ходе исследования реакции пшеницы на вредоносные инфекции биологи проследили, какие вещества активизируются в процессе самоуничтожения поврежденной клетки — апоптозе, — и открыли ранее неизвестный механизм его запуска.
    329
  • 09/04/2019

    Российские ученые уточнили, как космические лучи действуют на мозг

    ​Нейрофизиологи из МФТИ, НИИ Анохина и Курчатовского института проследили за действием нейтронов на мозг мышей и пришли к выводу, что они не ухудшают интеллектуальные способности грызунов, но подавляют формирование новых клеток в центре памяти.
    201
  • 14/09/2018

    Ученые создали белки, свойства которых можно изменять светом

    ​Исследователи разработали флуоресцентные белки, свойствами которых можно управлять с помощью оранжевого и зеленого света. Эти белки помогут ученым исследовать процессы жизнедеятельности в живых клетках.
    416
  • 27/11/2018

    ТюмГУ и Институт биомедицинской химии им. Ореховича займутся совместными исследованиями

    ​Тюменский государственный университет (ТюмГУ) и Институт биомедицинской химии им. Ореховича (ИБМХ) подписали соглашение о сотрудничестве в области медико-биологических исследований. Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе университета.
    1282
  • 21/12/2018

    Нейрофизиологи показали, как депрессия меняет реакцию на стресс

    ​Ученые выяснили, что умеренный стресс, малозначимый для здорового человека, при депрессии вызывает более сильную и продолжительную реакцию. Полученные данные помогут понять механизм развития болезни и разработать новые методы диагностики.
    849
  • 27/12/2017

    Исследователи реализуют проект, позволяющий исправлять мутации ДНК митохондрий

    ​В последнее время все чаще можно услышать о тяжелых наследственных заболеваниях митохондриальной этиологии. Эти недуги вызываются дефектами митохондрий, которые являются своеобразными "энергетическими станциями" клеток организма.
    1416