Команда ученых разработала инновационный прибор, способный быстро и с высокой точностью определять наличие у человека опухоли легких. Работая по принципу анализатора дыхания, он распознает в респираторных пробах пациента специфические летучие маркеры болезни. Причем успешно справляется с этой задачей даже тогда, когда опухоль еще находится в самом начале развития. Если устройство успешно пройдет все испытания, оно станет мощным инструментом ранней диагностики рака легких, который позволит ежегодно спасать десятки тысяч жизней.
Критическое число случаев летальных исходов при раке легкого обусловлены их поздним обнаружением – часто такие опухоли выявляют, когда они уже распространились по организму, почти не оставив человеку шанса на выздоровление. Происходит это не только из-за высокой агрессивности болезни и ее способности протекать незаметно, постепенно поражая жизненно важные органы, но и из-за отсутствия эффективных методов диагностики, которые позволяли бы обнаруживать такие опухоли на начальной стадии. Инструменты, которые в настоящее время имеются в арсенале медиков, в большинстве своем дают неточные результаты. К примеру, компьютерная томография, на которую чаще всего отправляют пациентов с подозрением на рак легкого, показывает наличие новообразования только в 25% случаев.
Бронхоскопия с биопсией позволяют получить более точную информацию о наличии опухоли и ее природе, но являются инвазивными, то есть предполагают травматизацию здоровых тканей и могут нести опасность здоровью, из-за чего выполняются далеко не всем и не всегда.
В поисках решения проблемы группа израильских ученых из университета Тель-Авива и Израильского технологического института совместно с американскими коллегами разработали инновационный прибор для ранней диагностики рака легких – NaNose (Nanoscale Artificial Nose). Он представляет собой разновидность анализатора дыхания, который благодаря встроенному наночипу быстро и точно выявляет наличие опухоли и даже определяет ее стадию, указывая степень распространения онкологического процесса.
«Искусственный нос» буквально вынюхивает опасное новообразование, анализируя выдыхаемый человеком воздух на присутствие в нем специфических для рака легкого органических соединений. Прибор уже доказал свою эффективность в ходе клинического испытания, в котором приняли участие около четырехсот пациентов израильских, американских и британских больниц. Среди них были как люди с уже диагностированным раком легкого, так и те, у кого врачи только подозревали болезнь.
Результаты исследования удивили даже самих разработчиков. Они показали, что NaNose способен распознавать рак легкого с точностью почти 90%. Причем, делает это одинаково эффективно как в случае с большими опухолями, так и с совсем крошечными – размером с узелок, – которые только-только начали формироваться. Устройство, кроме того, успешно определяло природу обнаруженного новообразования – доброкачественную или злокачественную, стадию болезни и даже подтип рака, чего не ожидали сами создатели.
Достоверность полученных с помощью инновационного девайса данных затем была подтверждена дополнительными методами, основанными на анализе химического состава выдыхаемого воздуха, такими как газовая хроматография и масс-спектральный анализ.
Принцип работы новой технологии
На создание революционного прибора израильско-американскую команду вдохновили… собаки. Давно известно, что представители многих пород способны чуять у людей разные виды злокачественных опухолей. В носу этих животных имеется несколько сотен миллионов рецепторов для распознавания запахов (для сравнения: у человека таких рецепторов меньше пяти миллионов), благодаря чему они могут улавливать специфические маркеры раковых клеток в выдыхаемом больными воздухе.
Диагностические способности собак были доказаны несколькими экспериментами, в ходе которых животным удавалось унюхать в представленных биологических образцах клетки рака мочевого пузыря, молочной железы, кожи, легкого, яичников, кишечника и других. Точность «собачьей диагностики» при этом достигала 98%. В Британии даже открыли специальный диагностический центр, главными «сотрудниками» которого являются собаки. Они успешно выявляют у пациентов не только злокачественные опухоли, но и гипертонию, сахарный диабет и некоторые другие заболевания.
Дело в том, что раковые новообразования выделяют летучие органические вещества, имеющие неповторимый запах – у каждого типа опухоли он разный. Эти вещества можно обнаружить в выдыхаемом онкологическими больными воздухе. С недавнего времени врачи начали использовать их в качестве биологических маркеров рака. Именно на их распознавание ориентирована технология NaNose.
В ее основе – разработанный израильским профессором Ниром Пеледом высокочувствительный чип, покрытый золотыми наночастицами. Он запрограммирован на выявление и распознавание молекул летучих веществ, входящих в состав разных видов опухолей, в том числе опухолей легкого. Чем меньше размер патологического образования, тем меньше в образце выдыхаемого воздуха характерных молекул, и тем менее отчетливо присутствие недуга. Но используемые в приборе наноразмерные сенсоры успешно фиксируют даже мельчайшие частички молекул, «унюхать» которые в состоящем на 80% из пара воздухе не способен ни один из существующих анализаторов.
Кроме феноменально высокой точности, к преимуществам «искусственного носа» относятся его компактность, простота в использовании (человеку достаточно подышать в специальную трубку, после чего устройство проанализирует полученный образец воздуха и выведет на электронный экран результат), неинвазивность, скорость и возможность поставить предварительный диагноз, не прибегая к лабораторным исследованиям.
Клинические испытания показали, что NaNose обладает высокой эффективностью при обнаружении опухолей не только легкого, но и головы и шеи. Разработчики ожидают, что устройство появится на рынке в течение ближайших нескольких лет.
