Обнаружить и победить: отечественные разработчики создали веб-платформу для выявления рака на ранних стадиях
Основная задача в противостоянии раковым заболеваниям — своевременно обнаружить болезнь и как можно точнее определить границы раковых клеток. Онкологу нужно следить за состоянием биоткани, чтобы определить вид рака, разработать план терапии и провести хирургическое вмешательство. Чем точнее данные он будет получать, тем вероятнее успех операции, сохранение органа и выход в ремиссию у больного.
Компания «Оптикэластограф», куда входят ученые из Института физики РАН, в сотрудничестве с разработчиком Riverstart, создали веб-платформу OpticElastograph, которая содержит вычислительный кластер на основе ML. Он позволяет анализировать томографические снимки и предоставлять детализированные данные о биотканях.
Благодаря разработке клиницисты, биологи, врачи и исследователи смогут применять оптическую биопсию к биоткани и получать обширные данные о состоянии тканей без хирургического вмешательства. В основе этих алгоритмов лежат методы статистического машинного обучения.
Данные, которые можно получить таким образом, помогают:
- установить точный диагноз, уменьшая вероятность ошибок и потери времени;
- определить подтипа рака, что важно для выбора терапии;
- распознать границы опухоли, что позволяет с большей вероятностью заметить рост опухоли, провести операцию без необходимости повторных хирургических вмешательств и с сохранением органа.
Оптическая биопсия — исследование без хирургического вмешательства
Оптическая биопсия — это способ получения информации о биотканях с помощью лазерного воздействия, без хирургического вмешательства, то есть неинвазивно.
Этот способ быстрее, легко переносится организмом и дает более точную информацию.
- Быстрее, чем с помощью классического гистологического исследования, поскольку не нужно брать срезы, окрашивать, обеспечивать правильное хранение и учет.
- Легче для организма, поскольку нет разрезов, которые нужно заживлять.
- Точнее, потому что можно наблюдать за образцами in vivo — то есть не на срезе, который мог деформироваться, а на живом организме.
Исследование опухоли на живом организме
Пример использования оптической биопсии описан в новейших исследованиях. К примеру, в журнале Nature описали эксперимент, где контролировали состояние раковых опухолей, которые специально выращивали на коже мышей. Так проводился поиск наиболее эффективных методов терапии.
Оптическая биопсия позволила обеспечить постоянное наблюдение за ростом опухолевой ткани на живом организме и ее изменениями в ходе воздействия терапии.
На примерах ниже, например, изображен параллельный мониторинг эволюции опухоли во время химиотерапии. Примеры сравниваются попарно по столбцам: слева данные, которые можно получить с помощью гистологического исследования, справа — с помощью оптической биопсии, которая позволяет нагляднее увидеть спектр жесткости биоткани, границы раковой опухоли и здоровых клеток.
Рак груди: шанс сохранить орган при операции
Другое исследование, описанное в журнале Optica Publishing Group, тоже касается онкологии, но описывает использование оптической биопсии в лечении рака молочной железы, а именно в проведении хирургической операции по удалению опухоли.
Высоки шансы провести операцию, сохранив орган, если достаточно рано обнаружить болезнь и четко определить границы опухоли: отделить жировые клетки груди от опухолевых клеток, которые могут быть похожи по свойствам.
Для этого нужно иметь возможность изучать состояние биоткани с микрометровым разрешением. Оптическая биопсия позволяет получать данные в таком масштабе — в тысячных долях миллиметра.
Такие уникальные по мировым меркам исследования провели сотрудники Института экспериментальной онкологии и биомедицинских технологий ПИМУ, Нижегородской областной онкологической больницы, Государственного университета Лобачевского и Института прикладной физики РАН.
Помимо онкологии: использование оптической биопсии в других сферах
Оптическая биопсия позволяет изучать эластичность образцов толщиной меньше миллиметра. В кардиохирургии, например, она помогла провести операцию на сердце. Метод применяется также в челюстно-лицевой хирургии и отоларингологии.
Однако золотым стандартом оптическую биопсию можно назвать именно в офтальмологии. С помощью светового луча врачи сканируют слои сетчатки и выявляют перемены в ее состоянии: отеки, кровоизлияние, воспаление и другие процессы.