Эффективность лучевой терапии рака повысили с помощью химической визуализации

Сегодня методы лечения рака — будь то хирургическое вмешательство, лучевая терапия или иммунотерапия — рекомендуются в основном в зависимости от местоположения опухоли, ее размера и агрессивности. Эта информация обычно получается с помощью анатомической визуализации — МРТ, КТ или УЗИ, а также с помощью биологических анализов, проводимых в тканях, полученных при биопсии опухоли.

Тем не менее, химическая среда опухоли оказывает значительное влияние на то, насколько эффективным может быть конкретное лечение. Например, низкий уровень кислорода в опухолевой ткани снижает эффективность лучевой терапии.

Теперь группа ученых из Мичиганского университета и двух университетов Италии продемонстрировала, что система визуализации, в которой используются специальные наночастицы, может в режиме реального времени создавать химическую карту с высоким разрешением, которая показывает распределение интересующих химических веществ в опухоли. Это может привести к тому, что клиницисты смогут давать более точные рекомендации по терапии рака, адаптированной к конкретному пациенту, — точной медицине.

Их исследование применимого к любому интересующему химическому веществу. Ученые использовали метод «химической визуализации» тканей, называемый фотоакустической химической визуализацией или PACI.

Новинка этого метода в том, что он проводится in vivo, непосредственно внутри тела,

сказал профессор химии UM Рауль Копельман, один из старших авторов статьи.

Команда протестировала свою систему на мышах, которым имплантировали ткань из биопсии опухоли пациента, называемую ксенотрансплантатом. Ксенотрансплантаты, полученные от пациента, повторяют генетические и биологические характеристики опухоли пациента. PACI использует наночастицы, которые были разработаны в последние десятилетия Копельманом и другими. Их можно вводить мышам, чтобы воздействовать на опухоль и ощущать определенные химические вещества, представляющие биомедицинский интерес, такие как кислород, натрий или калий.

Когда этот нанодатчик активируется инфракрасным лазерным излучением, способным проникать в ткани опухоли, генерируется ультразвуковой сигнал, который можно использовать для картирования концентрации и распределения этого конкретного химического вещества. Метод PACI можно использовать в ксенотрансплантате мыши для многократного отслеживания характеристик опухоли конкретного пациента для оценки химического окружения опухоли с течением времени.

Это позволит оптимизировать методы лечения для конкретного пациента — точную медицину,

сказал Копельман.

Копельман и его коллеги использовали PACI с наночастицами, нацеленными на определение кислорода. После лучевой терапии опухоли у мышей исследователи обнаружили значительную корреляцию между уровнями кислорода в каждой части опухоли и тем, насколько хорошо лучевая терапия разрушила опухолевую ткань — чем ниже локальное содержание кислорода в ткани, тем ниже локальная лучевая терапия. эффективность.

Таким образом, мы предлагаем простой, неинвазивный и недорогой метод как для прогнозирования эффективности лучевой терапии для данной опухоли, так и для выявления устойчивых к лечению областей в микроокружении опухоли. Такое химическое картирование поможет клинической команде назначить индивидуальное оптимальное лечение опухоли данного пациента на основе новой диагностики химического картирования ксенотрансплантата опухоли,

сказал Копельман. 

В этом исследовании PACI применялся для ксенотрансплантатов, полученных от пациентов. Конечной целью будет возможность напрямую составлять химические карты пациентов. Это было бы осуществимо, говорит Копельман, с волоконной оптикой, которую можно было бы провести через венозную систему пациента, как это делается при кардиологических процедурах, чтобы приблизиться к опухоли. Затем наносенсор может быть активирован лазером, но для этого требуются наносенсоры, разработанные для каждого интересующего химического вещества, и каждый наносенсор должен быть одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.