Перспективы использования украинских научных разработок в практической медицине

Статья в формате PDF.

Украинские разработки в области индивидуализированного лечения в онкологии являются актуальной темой для обсуждения. О современных научных разработках украинских ученых в области биоинженерии, а также возможностях их применения в лечении онкологических заболеваний рассказал нашему корреспонденту заведующий научно-исследовательской лабораторией медицинской физики и биоинженерии Национального института рака, доктор биологических наук, профессор Валерий Эммануилович Орел.

– Расскажите об истории создания научно-исследовательской лаборатории медицинской физики и биоинженерии.
– Научно-исследовательская лаборатория медицинской физики и биоинженерии существует с 1920 года. Первым ее руководителем и одновременно директором Киевского рентгеновского института (нынешний Национальный институт рака, НИР) был физик Юрий Петрович Тесленко. На протяжении последних девяноста лет в этом отделе учились, работали, начинали свою профессиональную карьеру либо посещали его с целью обмена опытом многие всемирно известные ученые: Всеволод Константинович Роше, Николай Николаевич Семенов, Анатолий Петрович Александров, Абрам Федорович Иоффе, Яков Ильич Френкель и другие. В 20-е и 30-е годы прошлого века в лаборатории был разработан первый в Украине эталон внесистемной единицы экспозиционной дозы радиоактивного облучения – рентген (Р). В 40-х годах, когда отделом руководил Игорь Васильевич Доманский, киевские медицинские физики изучали воздействие рентгеновского излучения на фотопленку с целью повышения эффективности диагностики злокачественных новообразований. В предвоенные годы Б.Р. Киричинский занимался изучением использования ионизирующего излучения и его применения в судебной медицинской экспертизе. В послевоенные годы руководил отделом Анатолий Иванович Данилеко. Он измерял радиационный фон в Киеве за несколько лет до начала интенсивных испытаний ядерного оружия в атмосфере. В 1990-е годы было исследовано влияние нейтронного и гамма-излучений на основе изотопа 252Сf при терапии онкологических больных и создан отечественный рентгеновский компьютерный томограф третьего поколения.

– Расскажите об основных направлениях деятельности лаборатории. Какие из них приоритетны сегодня?
– Основными направлениями нашей работы являются: разработка медико-физических и биоинженерных методик, новых приборов, аппаратов, технологий и компьютерных программ для повышения эффективности диагностики и лечения злокачественных новообразований.
Еще в 1988–2003 гг. Юрий Рафаилович Мединец занимался изобретением медицинской техники. В конце 1980-х инициативная группа по разработке медицинской техники под руководством Юрия Рафаиловича создала первое практическое оборудование для магнитотермии. Благодаря его разработкам ученые лаборатории совместно с онкологами и радиологами создали медицинскую технологию радиочастотной умеренной гипертермии с помощью промышленного аппарата «Магнитерм» («Радмир», Украина).
Гипертермия – древний и в то же время перспективный для развития способ лечения опухолей. Первые сведения о гипертермии содержатся в древнеегипетских папирусах. В средневековой Японии, например, гипертермия применялась в виде горячих ванн. Современная гипертермия создается в основном посредством нагрева тканей в высокочастотном электромагнитном поле, для чего применяется соответствующая аппаратура. Одним из таких препаратов для воспроизведения коротковолновой магнитотермии является «Магнитерм», промышленное производство которого освоено харьковским предприятием «Радмир». За разработку элементов этого терапевтического аппарата, диагностического ультразвукового аппарата ULTIMA «Радмир» и других, которые были внедрены в клиническую практику нашей и зарубежных стран, коллектив авторов, в который вошли два сотрудника нашей лаборатории, в 2013 году получил Государственную премию Украины в области науки и техники^*.
В настоящее время основная деятельность лаборатории заключается в изучении магнитных нанотехнологий. Разработки проводятся совместно с Кавендишской лабораторией Кембриджского университета (Великобритания), с которой мы сотрудничаем на протяжении пяти лет. Нанотехнология имеет грандиозные перспективы для диагностики и лечения рака: позволяет реализовать целенаправленную доставку лекарственного препарата, повысить контрастность изображения при исследовании или обеспечить локальную контролируемую умеренную гипертермию опухоли. Магнитные нанокомплексы, содержащие наночастицы оксида железа (магнетит), применяются для целенаправленной доставки противоопухолевого лекарственного препарата (например, антрациклинового антибиотика доксорубицина). Внешнее постоянное магнитное поле (при применении «Магнитерма») позволяет сконцентрировать наночастицы оксида железа с препаратом непосредственно в опухоли и удерживать их в ней. Результатом этого процесса является концентрация активного ингредиента в зоне опухоли. Для усиления противоопухолевого эффекта магнитный нанокомплекс подвергают одновременно локальному облучению неоднородным электромагнитным полем. Таким образом, воздействие препарата не распространяется на здоровые ткани и сводит к минимуму побочные эффекты химиотерапии. Кроме того, по этой технологии возможно обеспечить локальную умеренную гипертермию в зоне опухоли. Замедление роста опухоли происходит благодаря локально управляемому воздействию инициированных электромагнитным полем свободных радикалов (атомы или молекулы с неспаренными электронами) на опухолевые клетки**.

– Под вашим руководством проведены фундаментальные исследования, результаты которых могут быть использованы для перспективных прикладных разработок. Расскажите об этом подробнее.
– Нами было проведено несколько фундаментальных исследований. Так, изучая закономерности хемилюминесценции и триболюминесценции крови, мы определили роль процессов перекисного окисления в механизме стресса лучевой природы, который возникает при облучении злокачественных опухолей. Это позволило расширить представления о роли свободнорадикальных механохимических реакций.
Используя теорию хаоса (нелинейной динамики) в онкологии, мы разработали алгоритмы и компьютерные программы, позволяющие оценивать пространственный хаос медицинского изображения на разных биоиерархических уровнях. Это позволило повысить эффективность диагностики и лечения злокачественных опухолей трофобласта, отличающихся сложной пространственной структурой. Определение спонтанной хемилюминесценции сыворотки и механоэмиссии цельной крови может использоваться в качестве дополнительного прогностического критерия агрессивности течения злокачественных новообразований. Механоэмиссия цельной крови проводилась с помощью аппаратно-программного комплекса «ТРА-3» («Экспериментальное производство», Украина), который также был разработан в нашей лаборатории. По результатам этих работ были получены патенты ФРГ, Италии, Франции и Японии.
Для мониторинга изменений в опухоли до и после нанотерапии может быть использован ряд нанотехнологий визуализации. Такой мониторинг может сделать возможным визуализацию распределения и накопления наночастиц в опухолевой ткани и позволит выбрать оптимальные условия подбора и параметры нанотерапии. К одной из перспективных нанотехнологий визуализации относится диагностический метод сдвиговолновой эластографии с использованием ультразвукового сканера ULTIMA («Радмир»), изученный и апробированный в нашей лаборатории.
Внедрение ультразвуковой эластографии в медицинскую практику началось около 2010 г. Термин «эластография» используется для обозначения методов дифференциации тканей по упругим свойствам путем механического воздействия на них и анализа деформаций, получаемых с помощью ультразвуковых диагностических сканеров или магниторезонансных томографов. Принцип этих методов не является совершенно новым, так как в медицинской диагностике уже много веков применяется ручная пальпация, но только в недавнее время появились мощные инструментальные средства и алгоритмы, позволяющие получать результаты оценки упругих свойств тканей, находящихся на различной глубине, с высокой точностью и разрешающей способностью.
– Под вашим руководством был разработан метод подготовки антигенов для вакцин на основе дендритных клеток. Расскажите об этом методе.
– Лечебные противоопухолевые вакцины обычно создают на основе опухолевых клеток как основного источника антигенов, они используются для лечения больных с уже развившимися злокачественными новообразованиями для профилактики развития рецидивов и метастазов.
Идея создания дендритноклеточной вакцины возникла совместно с профессором Юрием Акимовичем Гриневичем и кандидатом биологических наук Натальей Николаевной Храновской. Разработанный нами метод подготовки антигенов предполагает гетерогенизацию опухолевых клеток на отдельные части механохимическим способом, чтобы обеспечить образование в препарате свободных радикалов. Наличие свободных радикалов способствует активному взаимодействию антигенов опухоли с дендритными клетками в процессе их инкубации. Дендритные клетки поглощают антиген и далее презентуют его на своей поверхности в комплексе. Именно такие клетки вводятся в организм больного в составе дендритноклеточной вакцины. Противоопухолевая вакцина, нагруженная механохимически активированными опухолевыми антигенами, полученными из опухоли больного, вводится ему же. В итоге она активирует Т-лимфоциты, которые атакуют опухолевые клетки, экспрессирующие этот антиген. В рамках пилотных исследований вакцины, которые проходили в клинике Национального института рака, полученные клинические результаты показали достаточно высокую эффективность в процессе специфической активной иммунной терапии больных немелкоклеточным раком легкого.

– Расскажите, чем будет заниматься лаборатория в текущем году.
– Приоритетное направление в работе лаборатории – продолжение исследований в области нанотераностики и персонифицированной наномедицины. Одной из наших актуальных задач в ближайшем будущем является создание центра инновационных нанотехнологий, в котором будет использоваться оборудование украинского производства. Создание этого центра позволит существенно улучшить качество жизни онкологических пациентов, повысить выживаемость больных с метастатическими формами рака. Несмотря на финансовые сложности, работа в этом направлении ведется активно. Кроме того, продолжаются исследования, касающиеся усовершенствования диагностики злокачественных новообразований с помощью метода сдвиговолновой допплеровской эластографии.
Следует отметить, что многие зарубежные страны сегодня занимаются исследованиями в области тераностики. Коллектив лаборатории также активно проводит изучение этого перспективного направления, которое существенно повышает эффективность обнаружения и лечения рака, а также рассматривается в качестве ключевого элемента персонифицированной медицины. Например, исследования показывают, что химиотерапию можно четко контролировать на молекулярном уровне – это повысит ее результативность в борьбе с опухолями, сводя к минимуму побочные явления. Потенциально новая методика может эффективно применяться для целого ряда злокачественных новообразований. Более того, тераностика создает возможность выбора дифференциальных режимов воздействия на разные зоны опухоли, в то время как для стандартной химиотерапии эти возможности ограничены.

Использование отечественного медицинского оборудования, изучение и разработка новых методов и технологий позволят существенно расширить возможности украинской медицины. Но при отсутствии эффективного и грамотного государственного управления и соответствующего финансирования сложно осуществлять их внедрение в клиническую практику.
Во время подготовки материалов статьи нам стало известно о поступлении в НИР официального документа из НАН Украины с информацией о том, что запланированная на 2016–2018 гг. научная тема «Разработать биоинженерную технологию магнитной нанотераностики злокачественных новообразований» носит прикладной характер и поэтому должна финансироваться на средства МЗ Украины. Выделение средств со стороны МЗ маловероятно. В итоге научно-исследовательская лаборатория медицинской физики и биоинженерии НИР может быть расформирована. Если это случится – будут нарушены перспективы внедрения в Украине ценных с практической точки зрения и промышленно освоенных разработок. Кроме того, невозможность выполнения научных обязательств перед Кавендишской лабораторией Кембриджского университета нанесет непоправимый ущерб научно-техническому прогрессу в области нанотехнологий, приведет к финансовым потерям и, безусловно, навредит международному научному имиджу нашей страны. Остается надеяться, что этого не произойдет.

Подготовила Снежана Галустова 

* Государственная премия Украины в области науки и техники 2013 года, коллектив авторов: Литвиненко С.В., Марусенко А.И., Пупченко В.И., Шевченко А.Д., Баранник Е.А., Орел В.Э., Щепотин И.Б., Романов А.В., Дыкан И.Н., Линская А.В. (Приказ от 23.08.2014 № 675/2014).
** Orel V., Shevchenko A., Romanov A., Tselepi M., Mitrelias T., Barnes C.H., Burlaka A., Lukin S., Shchepotin I. (2015) Magnetic properties and antitumor effect of nanocomplexes of iron oxide and doxorubicin, Nanomed. Nanotech. Biol. Med., 11, 47–55.