Повисло в воздухе: ученые нашли способ выявлять рак по выдоху
Международной группе ученых под руководством российского специалиста удалось найти способ диагностировать рак простаты с помощью анализа выдоха пациента. По утверждениям разработчиков, точность такого исследования — 95%. Для определения состава выдоха ученые использовали классический метод спектроскопии, который позволяет увидеть уникальные «отпечатки» отдельных видов биомолекул. Специалисты обнаружили восемь диапазонов на спектре, которые различаются между собой у здоровых и больных людей. Результаты их работы в будущем могут быть использованы не только для диагностики рака, но и для медикаментозного лечения, направленного на предупреждение развития онкологии.
Нелегкое дыхание
Группа специалистов из немецкого исследовательского центра в Гархинге под руководством российского ученого Александра Аполонского, который сейчас продолжает научную работу в Институте автоматики и электрометрии СО РАН, провела трехлетнее экспериментальное исследование диагностики рака простаты по составу выдоха пациента. По утверждениям авторов, точность метода превысила 95%. Это существенно выше, чем надежность общепринятых сегодня инвазивных и неинвазивных методов диагностики. Статья с результатами экспериментов опубликована в Scientific Report, входящего в семейство журналов Nature.
— В этом исследовании мы использовали так называемый метод Фурье-спектроскопии. Метод основан на том, что каждая биомолекула, которую мы выдыхаем, имеет свой уникальный спектр, так называемый отпечаток в диапазоне длин волн от 2,5 до 20 мкм, — рассказал Александр Аполонский.
Гипотезу о том, что в выдыхаемом воздухе содержатся легкие молекулы — метаболиты, по которым можно судить о здоровье организма, доказал американский химик, нобелевский лауреат Лайнус Полинг. Однако применить этот вывод в медицинской практике долгое время не удавалось. Подавляющее большинство ученых пытались проводить исследования с помощью анализа выдоха методом масс-спектрометрии и газовой хроматографии, который требует трудоемкой подготовки пробы. Однако точность такой диагностики оставалась недостаточной.
— До сих пор масс-спектрометрия в сочетании с газовой хроматографией не давала точность диагностики рака простаты выше 50%, — уточнил Александр Аполонский.
С помощью Фурье-спектроскопии ученые определили восемь спектральных диапазонов, которые различаются в выдохах здоровых людей и больных раком простаты. Каждый диапазон был идентифицирован как вид молекулы-метаболита. Эксперименты показали, что у больного не появляется каких-то дополнительных молекул в выдохе, но у него регистрируется выраженный дисбаланс метаболитов — одних становится больше, других меньше, что можно «увидеть» методом спектроскопии.
Как выяснили исследователи, пять из этих метаболитов — продукты жизнедеятельности определенных бактерий. Если в ходе дальнейшей работы удастся идентифицировать эти микроорганизмы, то специалисты смогут создать средство их подавления, а значит, предупредить развитие рака у пациентов.
— Мы пока не знаем, что это за бактерии. У нас есть только кандидаты на эту роль, — сказал Александр Аполонский. — Они поселяются в мочеполовой системе и очень медленно, десятилетиями, растут. У части населения они провоцируют онкологию.
Спектральные диапазоны, по которым можно диагностировать рак простаты, были определены в ходе экспериментов, в которых приняли участие 63 добровольца: 19 здоровых, 28 людей с раком простаты и по восемь — с раком почек и с раком мочевого пузыря. Метод позволил выявить различия не только между здоровыми и больными пациентами, но и между людьми с разными видами онкологии.
Точность на ранних стадиях
Точность диагностики заболевания с помощью разработанной методики достигается при правильной предварительной обработке выдыхаемого воздуха, пояснила доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Светлана Налимова. По ее мнению, безусловное преимущество метода — возможность обнаружить рак на ранних стадиях. Методика может оказаться востребованной в специализированных медицинских учреждениях, связанных с лечением онкологических заболеваний, так как позволит начать лечение как можно раньше, сказала эксперт. При дальнейшей доработке и получении большего числа статистических данных возможно создание автоматической системы диагностики без участия врача, уверена специалист.
— Методы неинвазивной диагностики онкологических заболеваний становятся всё более актуальны. Это происходит благодаря усилиям множества научных групп, направленным на развитие и увеличение точности методов, — отметила ведущий инженер Высшей школы прикладной физики и космических технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого Элина Непомнящая. — Сейчас некоторые из них могут достигать точности в 90% и более. Однако не все виды рака поддаются такого рода диагностике с высокой точностью.
Как пояснила специалист, хотя точность метода в проведенных исследованиях достигала 95%, сейчас трудно оценить возможность применения технологии для диагностики онкопатологий, так как исследование проводилось на малых группах пациентов с симптоматическим течением заболеваний. Однако у данного метода явно есть перспективы — полученные результаты кажутся многообещающими, резюмировала Элина Непомнящая.
