Канадские исследователи создали интеллектуальную татуировку на наночастицах для раннего обнаружения рака кожи
Команда канадских исследователей разработала новый способ обнаружения меланомы ещё до того, как рак станет заметен на коже, что потенциально даёт врачам критическое преимущество в борьбе с одной из самых смертоносных форм рака кожи.
Экспериментальная платформа, получившая название SMEAR-ULM, выявляет мельчайшие изменения тепла, производимые опухолями на ранних стадиях, используя комбинацию микроигл, наночастиц и сверхбыстрой визуализации. Исследователи сообщают, что система обнаружила микромеланомы уже через четыре дня после их формирования в лабораторных моделях, что значительно раньше, чем это позволяют сделать обычные системы тепловизионной диагностики.
Показатели выживаемости при меланоме резко возрастают, если врачи выявляют болезнь на ранней стадии. Проблема в том, что самые маленькие опухоли часто сливаются с нормальной кожей при обычных осмотрах. Современная диагностика по-прежнему сильно зависит от визуального осмотра с последующей биопсией. Этот процесс может пропустить агрессивные поражения на самых ранних стадиях или привести к ненужным процедурам при обнаружении безвредных пятен. Канадские исследователи сосредоточились на тепле, которое естественным образом производят опухоли.
Раковые клетки расходуют энергию быстрее, чем здоровая ткань. Эта метаболическая активность создает незначительные температурные различия на поверхности кожи. Ученые знали об этом эффекте много лет, но существующие тепловые камеры не обладали точностью, необходимой для превращения этого явления в надежный диагностический инструмент. SMEAR-ULM меняет эту ситуацию. По словах Жинян Лиана, специализирующегося на сверхбыстрой визуализации и биофотонике, цель исследователей — предоставить минимально инвазивный инструмент для обнаружения очень маленьких, но все еще агрессивных меланом, поскольку многие опасные меланомы остаются слишком маленькими для визуального скрининга, оставляя пациентов подверженными риску неконтролируемого роста рака.
Система работает через небольшую пластину из безболезненных микроигл, которая помещается на кожу. Эти иглы вводят наночастицы редкоземельных элементов непосредственно под поверхность кожи, создавая то, что исследователи описывают как временную «интеллектуальную татуировку». Частицы действуют как микроскопические термодатчики. Когда исследователи направляют ближний инфракрасный свет на кожу, наночастицы испускают видимый свет. Продолжительность этого свечения меняется в зависимости от локальной температуры. Затем SMEAR-ULM захватывает ответ в одном сверхбыстром снимке и преобразует его в детальную тепловую карту.
Традиционные системы с микроиглами часто требуют повторного сканирования, что затрудняет их использование в живой ткани. Обычная инфракрасная визуализация также страдает от размытого разрешения и шумов на изображении. Большинство тепловых систем обнаруживают опухоли размером более пяти миллиметров — то есть достаточно крупные, чтобы врач уже заметил их при осмотре. Исследователи утверждают, что SMEAR-ULM выходит далеко за этот предел. Как отметил Инмин Лай, метод захватывает всю необходимую информацию для мгновенного температурного картирования за один снимок и остается стабильным даже в сложных условиях живого организма.
В исследовании использовались мышиные модели с генетическими мутациями, аналогичными человеческой меланоме. По словам исследователей, результаты позволяют предположить, что платформа в конечном итоге может быть допущена к клиническим испытаниям на людях. Сильвен Мелош добавил, что даже несмотря на то, что это исследование проводилось на мышах, данная животная модель воспроизводит генетические изменения, наблюдаемые при меланоме человека. Команда считает, что технология потенциально может выйти за рамки обнаружения рака. Будущие версии устройства могут отслеживать другие биологические сигналы, включая уровень pH и концентрацию ионов, открывая дверь для более широких биомедицинских применений. Однако сейчас прорыв сосредоточен на одной цели: обнаружить смертельный рак кожи до того, как его увидит человеческий глаз.
Исследование в журнале Nature Sensors.