Контакты >

Использование дифференциального спектрометра ионной подвижности в медицине

Одним из важнейших факторов существования живых организмов является их газообмен с окружающей средой. Его основу составляет внешнее дыхание: поглощение кислорода и выделение паров воды и углекислого газа. Еще одной составляющей газообмена является выделение множества других достаточно легких газообразных соединений, которые в гораздо меньших количествах образуются в организме. Они продуцируются в результате разнообразных процессов, связанных с регулированием скоростей биохимических реакций, передачей информации, обновлением или изменением структур организма и течением патологических процессов. Чтобы избежать накопления подобных соединений, необходимо их выводить из организма.

legkie

Рисунок 1. Дыхательная система человека.

Анатомическое строение лёгких специально приспособлено для высокоэффективного обмена газами между воздухом и кровью, поэтому при исследовании человека наиболее актуален анализ следов газообразных веществ в выдыхаемом воздухе. В настоящее время известно, что нормальный выдох человека является сложной смесью около 600 летучих соединений. Данные о выделении этих веществ могли бы быть ценными для изучения и диагностики биохимических и физиологических процессов, происходящих в организме как в норме, так и при патологиях. Обмен веществ в больной или чужеродной клетке, разумеется, отличается от обмена веществ здоровой клетки, поэтому логичным выводом является то, что меняется и состав метаболитов в выдыхаемом воздухе при возникновении различных патологий. Некоторые молекулы, обладающие наибольшей специфичностью образования в организме, можно использовать в качестве естественных газообразных биомаркеров.

Исследовательская задача заключается в практическом выявлении этих «патологических» метаболитов.

Разработка эффективных методов ранней диагностики онкологических заболеваний является одной из ключевых проблем лечения онкологии. При этом важной особенностью диагностических подходов должна быть их минимальная инвазивность и простота использования. Это позволило бы отслеживать патологические процессы ещё в начале их развития – при проведении периодического безболезненного тестирования в рамках стандартного отбора анализов.

Инструментальный анализ следов газообразных соединений в выдыхаемом воздухе является актуальным и перспективным подходом для развития новых методов исследований и диагностики в биомедицине. Объектами такого анализа могут быть относительно легкие и простые молекулы-биомаркеры, закономерности образования и выделения которых достаточно четко связаны с нормальными и патологическими процессами, протекающими в организме. Актуальность данного подхода  заключается в том, что благодаря ему забор материала для анализа можно осуществлять с помощью щадящих методических приемов –  ранее это было практически невозможно. Пациенту не приходится испытывать боль, физический и эмоциональный дискомфорт. Кроме того, исследования абсолютно безопасны, ввиду невозможности заражения инфекциями, передающимися через кровь или инструментарий. Неинвазивные методы диагностики могут применяться как в амбулаторных условиях, так и в реанимационном отделении, т.к. тяжесть состояния больного не является противопоказанием для их выполнения.

В ИЦ «Бирюч» разработан прибор DIMS, одной из сфер применения которого может являться скрининг (неинвазивная диагностика большого потока пациентов) с целью выявления различных бессимптомных заболеваний. Прибор может использоваться как для ранней диагностики заболеваний, так и для контроля хода лечения.

Главным преимуществом спектрометра приращения ионной подвижности является его высокая чувствительность, что позволяет обнаруживать следовые количества требуемого вещества-маркера, т.е. DIMS может фиксировать вещества, которые не улавливаются стандартными методами. Прибор заранее программируется на обнаружение конкретных веществ и позволяет проводить экспресс-измерения (анализы выполняются в течение 1-3 минут). Прибор работает автоматически, т.е. не требует специальных навыков врачей или лаборантов, выполняющих анализы;  является компактным и портативным. На данный момент стандартными онкомаркерами являются патогенные белки в крови  или моче.

Однако, по всей видимости, патогенные белки появляются (либо повышается их содержание) при запущенной стадии заболевания. Большинство известных онкомаркеров используют как дополнительные инструменты при постановке диагноза и назначении лечения, а также для контроля хода лечения. Но лишь единицы из них используются для скрининга (ранней диагностики) онкопатологий.  К тому же, не всегда причиной появления или повышения содержания патогенных белков являются раковые заболевания. Они могут появиться и при простых воспалительных процессах. С другой стороны, не всегда рост опухоли сопровождается наличием онко-белков, что говорит о неоднозначности подобных  методов диагностики заболеваний.

Идентификация белковых онкомаркеров осуществляется методом жидкостной хроматографии, совмещенной с тандемной масс-спектрометрией (тройным квадруполем). Это довольно затратный и трудоемкий анализ, требующий отдельного помещения и условий для работы прибора, а также специальных навыков медицинского персонала.

Альтернативные методы, которые и предлагаются для отработки на спектрометре ионной подвижности – это определение летучих метаболитов. Российские онкологи подтверждают актуальность данных исследований, крайне высокую потребность онкологических учреждений в эффективной неинвазивной  экспрессной методике диагностики онкологических заболеваний. Это связано с практически полным отсутствием таковых методик в сфере онкологии.

Результатом работ станет разработанная методика, позволяющая выявлять ранние стадии рака легких методом DIMS; проводить диагностику в любых онкологических диспансерах и диагностических центрах общего профиля.

Планируется выявить специфичный онкомаркер (или, вероятнее, группу онкомаркеров), а затем перенести методику на прибор DIMS, разработанный в ИЦ «Бирюч» (настроить его на селективное обнаружение требуемых веществ-онкомаркеров).

DIMS правильно рассматривать как прибор предварительной экспресс-диагностики заболеваний, позволяющей выявить подозрительные случаи из массового потока пациентов (положительный отклик прибора на вещество-маркер) и направить «подозрительных» пациентов на полноценное обследование. Таким образом, DIMS может служить своего рода «градусником» заболеваний: градусник позволяет быстро измерить температуру сотни пациентов и выявить 1-2 пациентов с повышенной температурой. Но для определения причин повышения температуры и назначения лечения необходимо дополнительное обследование пациента.

Другим вариантом использования DIMS является контроль хода лечения. Аналогично по увеличению/уменьшению уровня вещества-маркера можно судить об эффективности проводимого лечения.

Исследование состава выдыхаемого воздуха на микроуровне могло бы позволить расширить круг доступных для изучения молекулярных объектов, продвинуться в область более низких концентраций детектируемых веществ, ускорить и упростить проведение анализа и, таким образом получать ранее недоступную информацию о процессах газообмена в живых организмах. Это создает основу для разработки новых технологических и методических подходов к неинвазивной биомедицинской диагностике. Такие подходы базируются на анализе дыхания и газообмена, в которых используются исследования в реальном времени, долговременный непрерывный мониторинг, массовые скрининговые обследования, новые нагрузочные тесты и т.п.

В дальнейшем возможно распространение методики и для других заболеваний легких и онкологических патологий, настройка DIMS под нужные вещества и расширение спектра его применений в области онкологии, гинекологии, заболеваний лёгких и др.

Возврат к списку
Вакансии:
Инженер по СВЧ-технике. Инженер-электроник 1, 2 категории Другие вакансии