Українські вчені об’єднались у боротьбі проти раку і перемогли

Команда вчених — фізиків із Державного космічного агентства України, приладобудівників із НДІ радіотехнічних вимірювань та медиків із Національного інституту раку МОЗ України — за розробку унікальних приладів для діагностики та магнітної нанотерапії раку були удостоєні Державної премії України в галузі науки і техніки за підсумками 2013 року. У чому суть їх відкриття і як космічні технології допомагають у боротьбі зі злоякісними пухлинами, читачам «ВЗ» розповіли самі лауреати.

Діагностика раку з точки зору фізиків

Дослідження у сфері нанофізики, фізики ультразвуку, біомедичної радіоелектроніки і фізики взаємодії фізичних полів різної природи з тканинами злоякісних пухлин ведуться в усьому світі. Українські вчені зацікавилися цією тематикою ще в 1999 році. Роботи в цій галузі привели зрештою до створення і промислового виробництва комплексу діагностичних приладів, що складається з ультразвукового апарату ULTIMA з принципово новими можливостями діагностики раку, приладу «МАГНІТЕРМ» для локальної магнітотермії злоякісних пухлин просторово-неод­норідним електромагнітним полем та нанореактора, який синтезує надзвичайно малі наночастинки оксиду заліза розміром 5-50 нанометрів із протипухлинним препаратом. Українські науковці вперше у світі експериментально отримали ульт­развукове зображення просторового розподілу зсувної жорсткості у фантомі злоякісної пухлини. У рефераті роботи, де викладено суть інновації, зі слова «вперше» починається з десяток абзаців…

— Якщо умовно розділити наш медичний апаратний комплекс на дві частини — діагностичну та терапевтичну, то з першою компонентою — ультразвуковим діагностичним приладом серії ULTIMA — добре знайомі діагности багатьох країн, — розповідає один із винахідників, директор фірми «Радмір» ДП «АТ НДІ радіотехнічних вимірювань», кандидат технічних наук, знаний у всьому світі вчений Сергій Литвиненко. — Прилад сертифіковано за стандартами EN ISO 13485:2003 та ISO 9001:2008 і впроваджено в клінічну практику онкологічних закладів України. Більше того, подіб­ні прилади випускаються багатьма відомими у світі фірмами. Але в апараті, що входить до українського комплексу, відзначеного Державною премією, впроваджені дві новітні технології променевої діагностики: перша — дослідження пружних властивостей м’яких тканин та кількісного визначення й візуалізації пухлин за допомогою зсувнохвильової доплерівської еластографії, визнані ВООЗ, друга — адаптивні алгоритми синтезу та обробки сигналів відгуку біологічних об’єктів для якіснішого й достовірнішого вилучення діагностичної інформації. Простіше кажучи, на звичайному апараті ультразвукової діагностики лікар бачить новоутворення, але не може визначити, доброякісне воно чи злоякісне. Аби з’ясувати це, потрібна біопсія клітин, а це вже — оперативне втручання, що призводить до стресу пацієнта, втрати коштів та часу. А режим еластографії дозволяє лікарю за лічені хвилини, під час УЗ-дослідження, суттєво підвищити ефективність диференційної УЗ-діагностики.

Наведу лише один приклад. Наш апарат придбали медики діагностичного центру ім. Н. Назарбаєва в Казахстані. В один із перших днів до фахівця, направленого туди для нав­чання місцевих лікарів, звернулася мати 17-річного хлопця, якому призначили біоп­сію через підозру на рак печінки. Як же вона була здивована, коли ULTIMA за допомогою функцій еластографії та доп­лерівського сигнального процесора спростував діаг­ноз буквально за півгодини. Смертний вирок «відмінили» — у юнака виявився гепатоз.

Тобто диференційна діагностика новоутворення може бути проведена не тільки з високою точністю, а й бути швидкою, майже миттєвою, до того ж — безболісною та нестресовою. Але унікальність українських технологій на цьому не закінчується.

Як працює «МАГНІТЕРМ»

До терапевтичної частини комплексу входять апарат «МАГНІТЕРМ», який нині використовують спеціалісти Києва, Одеси, Донецька й Мелітополя, та нанореактор. Останній сьогодні існує як експериментальна розробка, його серійне виробництво поки не налагоджене.

— Апарат «МАГНІТЕРМ» має оригінальну конструкцію аплікаторів із підвищеною компонентою магнітного поля та просторовою неоднорідністю електромагнітного поля для ініціювання помірної нерівноважної гіпертермії в пухлині, — продов­жує розповідь Сергій Литвиненко. — Тобто під час хіміотерапії апарат дає можливість вводити комплекс із протипухлинного препарату та наночастинок оксиду заліза, що синтезований у нанореакторі. За допомогою аплікаторів створюється магнітне поле, і ліки локалізуються в ураженій пухлиною зоні. У результаті в клітинах відбуваються надскладні процеси, які руйнують пухлину.

Незважаючи на технологічну складність, апарат у використанні простий, його доцільніше використовувати в комплексі з УЗ-діагностикою. Сеанс може тривати 30-60 хвилин, але хворі переносять його значно легше, ніж класичну гіпертермію, завдяки нижчій температурі радіочастотного нагріву.

Безумовно, метод ультразвукової діагностики та магнітної нанотерапії раку, або, згідно з медичною термінологією, метод радіочастотної помірної гіпертермії, не є панацеєю. Та все ж він підвищує якість життя хворих на рак. Лікарі, які вже випробували наш комплекс, повідомляють про суттєве зменшення розмірів метастазів у легенях та середостінні у своїх пацієнтів.

Що показали випробування?

Ініціаторами створення приладів виступили науковці Національного інституту раку МОЗ України. Саме вони, коли дізналися про досягнення фізиків у теоретичній царині дослід­жень використання зсувних хвиль для вимірювання пружних властивостей тканин з метою діагностування ракових пухлин та застосовування електромагнітних, магнітних і теплових полів для магнітної нанотерапії раку, запропонували спільно втілити їх у життя, створивши комплекс медичних приладів. До наукової групи приєдналися фахівці з ядерної та медичної фізики Харківського національного університету
ім. В.Н. Каразіна, Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, ДУ «Інститут ядерної медицини та променевої діагностики НАМН України». Всі вони добре розуміли рівень конкуренції — адже над вирішенням цієї проблеми працюють усі без винятку відомі розробники сучасного наукоємного медичного обладнання, такі як General Electrics, Siemens, Toshiba, Philips тощо.

На створення комплексу приладів пішло більше 10 років. Перший із них почали випробовувати у 2009 році в Національному інституті раку. Починаючи з 2011 року, за наказом головного онколога МОЗ України, до вип­робувань приєдналися Донецький обласний протипухлинний центр та Одеський обласний онкологічний диспансер.

— Відома технологія магнітної нанотерапії, яка застосовується в німецькій клініці «Шаріте», базується на принципі вапоризації пухлини при температурі 43-60°С, яка ініціюється в результаті зовнішнього її опромінення електромагнітним полем у діапазоні радіочастот. Цей метод має ряд обмежень через застосування високих температур, — розповідає Валерій Орел, завіду­вач науково-дослідної лабораторії медичної фізики та біоінженерії Національного інституту раку, доктор біологічних наук, професор, який здійснював порівняльний аналіз української технології із зарубіжною. — Розроблені українськими фахівцями технології і прилади доз­воляють проводити лікування при температурі не вище 40°С. Це істотно розширює можливості їх клінічного застосування для лікування онкологічних хворих. Діагностична апаратура, яка ґрунтується на принципі оцінки зміни пружності тканин — ультразвукової эластографії, що називається іноді візуальною пальпацією, дозволяє здійснювати моніторинг ефективності лікування хворих зі значно меншими матеріальними витратами і без променевих навантажень порівняно з методами рентгено-, радіонуклідної діагностики або комп’ютерної і магніторезонансної томографії.

Для досліджень ми вирішили обрати хворих на форми раку грудної залози IIА-IIIБ стадій, поширені в нашій країні, — пацієнтів науково-дос­лідного відділення пухлин грудної залози і реконструктивної хірургії Національного інституту раку. Під час випробувань було визначено, що додавання радіочастотної гіпертермії до стандартних методів неад’ювантної терапії хворих на рак грудної залози дозволило на 13% збільшити кількість органозберігаючих операцій і на 15% — відновних завдяки збільшенню кількості випадків часткової регресії пухлини на 13% і регресії метастатичних лімфовузлів на 15%.

У науково-дослідному відділенні хіміотерапії солідних пухлин Національного інституту раку було проведено лікування хворих на рак грудної залози з множинними метастазами в печінку. Визначено, що поєднання хіміотерапії з радіочастотною гіпертермією дозволяє на 18% збільшити кількість випадків стабілізації процесу.

У науково-дослідному відділенні онкогінекології Національного інституту раку при лікуванні злоякісних трофобластичних пухлин досягли майже 100% трирічної виживаності хворих I, III і IV стадій зах­ворювання. Причому деякі пацієнтки після одужання навіть народили дітей. До речі, вартість одного подов­женого року життя (cost per life-year gained) при використанні радіочастотної гіпертермії в комплексному лікуванні онкологічних хворих у країнах ЄС становить близько 4000 Євро. Українська ж технологія дозволяє знизити цю вартість удвічі. Собівартість використання апаратного комплексу також у рази менша.

Досить обнадійливі результати були зареєстровані й після лікування із застосуванням методу радіочастотної гіпертермії у хворих на меланому шкіри та саркому м’яких тканин і кінцівок у науково-дослідницькому відділенні пухлин шкіри і м’яких тканин Національного інституту раку.

Про позитивні результати зас­тосування методу говорять також донецькі та одеські лікарі, майже 500 пацієнток котрих узяли участь у дослідженнях. Застосування неад’ювантної терапії за розробленими технологіями при комплексному лікуванні хворих на рак грудної залози добре ними переноситься, не супроводжується збільшенням токсичності та кількості післяопераційних ускладнень.

Медики розуміють, що поспішність висновків у такій справі недоречна, і продовжують спостереження за хворими, досліджуючи віддалені результати. Але висновок про унікальність та перспективність створеного в Україні високотехнологічного обладнання незаперечний. Новизну й конкурентоспроможність технічних рішень захищено 30-ма віт­чизняними та закордонними патентами. Розроблена УЗ-апаратура використовується для диференціальної діагностики та оцінки ефективності лікування хворих у чотирьох клініках України і за кордоном. Та справа з виготовленням серійних комплексів загальмувала…

Чому країна не знає героїв?

Українці одними з перших у світі почали займатися діагностикою ракових пухлин за допомогою УЗ-апаратів та нанотехнологій. Свого часу ці інновації були унікальними, але, щоб пробитися на ринок виробництва серійної техніки, слід подолати конкуренцію світових гігантів. Для цього у нас немає ані коштів, ані брендів.

— Ми працюємо в галузі високих технологій, але вимушені свої відкриття маскувати під чужі бренди, — з гіркотою зауважує Сергій Литвиненко. — Своє перше «дитя» — УЗ-апарат ULTIMA — віддали випускати під китайським брендом, де налагодили збирання приладів і куди в 2007-2011 рр. експортовували понад 2000 машинокомплектів. Завдяки цьому зібрали кошти для випуску апаратів у Харкові та продажу — вже під своєю маркою — медичним закладам України. Сьогодні наших апаратів в Україні встановлено вже понад 600. Крім того, наші УЗ-апарати придбали Японія, Литва, Білорусь, Росія.

Щодо «МАГНІТЕРМу», зарубіжних аналогів якого не існує, українські автори нині проводять спільні дос­лідження зі знаменитою Кавендіською лабораторією Кембриджського університету, аби створити брендовий продукт, який можна буде розповсюджувати в усьому світі. Там для нашої розробки та їхнього майбутнього бренда шукають інвесторів, щоб розпочати серійний випуск. Іншого шляху поки що немає.

— Скількох хворих ми могли б врятувати, якби одержали державне замовлення, — каже Сергій Литвиненко. — Собівартість такого комплексу значно нижча, а ефективність вища, ніж в імпортних. Українські прилади витримають будь-яку конкуренцію із зарубіжними виробниками, але наші чиновники продов­жують витрачати державні кошти на закупівлю іноземної техніки, ігноруючи вітчизняних виробників. Ми демонструємо її на всіх виставках, у тому числі й українських. Приладобудівники НДІ радіотехнічних вимірювань спільно з онкологами Національного інституту раку на підставі проведених досліджень готові вже сьогодні розробити Всеукраїнську програму по боротьбі з раком молочної залози. Для цього є вітчизняні техніка й технології.

Ольга ФАЛЬКО, власкор «ВЗ», м. Харків