Mokslininkai siekia paspartinti skydliaukės vėžio tyrimus

Kai žmogaus skydliaukėje pradeda formuotis auglys, organizmas imasi atsako: nepageidaujamą darinį padengia baltymo kolageno kapsule, kuri izoliuoja auglį nuo aplinkinių audinių. Vėžio diagnostikoje ši kapsulė labai svarbi – jeigu gydytojai mato, kad toji apsauga nepažeista, vadinasi, navikas yra nepavojingas. O jei kapsulė pakitusi ar praardyta – jau turime reikalų su piktybiniu naviku.

Reklama

Vienas iš metodų, kaip įveikti šią ligą, yra ankstyvas ir tikslus jos nustatymas. Čia savo žodį vis labiau taria Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) mokslininkai. Naudodami infraraudonųjų spindulių lazerį, jie siekia, kad skydliaukės naviko tyrimai būtų greiti, patikimi ir neinvaziniai.

Tuo užsiima FTMC Molekulinių darinių fizikos skyriaus darbuotojai – dr. Danielis Rutkauskas, dr. Lena Golubewa ir doktorantas Yaraslau Padrez, bendradarbiaudami su kolegomis iš Rumunijos. Projekto vadovas D. Rutkauskas, kuris savo komandos reikšmingus darbus kovo mėnesį pristatė FTMC Metinėje mokslinėje konferencijoje, pasakoja išsamiau apie gautus netikėtai gerus rezultatus ir tyrimų svarbą.

Jei kalbėtume apie skydliaukės vėžį, kokia yra problema, kurią su kolegomis bandote išspręsti?

Problema ta, kad tradiciniai skydliaukės vėžio diagnozavimo metodai, histologinė audinio analizė ilgai trunka. Tiksliau, čia svarbus laikas iki pačių tyrimų – nuo iš skydliaukės išpjauto bandinio iki jo paruošimo, tinkamo histologinei analizei, reikia daug rankų darbo ir laiko.

Nėra taip, kad išpjauni bandinį ir iškart dedi po mikroskopu?

Jeigu taip darytume, šviežio biologinio audinio mikroskopiniai vaizdai būtų nekontrastingi ir neinformatyvūs. O reikia, kad tas bandinys būtų specialiai nudažytas ir supjaustytas kelių mikrometrų storio sluoksniais. Ir tik tada galima pamatyti ląstelinę struktūrą, iš kurios jau galima spręsti, ar ten vėžys, ar ne.

Taigi, priklausomai nuo bandinio dydžio, visa ši procedūra gali trukti iki kelių dienų.

O mūsų idėja siejasi su pasaulyje augančia optinės biopsijos banga – t. y. „biopsija nedarant biopsijos“, kai nėra invazinių audinio paėmimo procedūrų, išvis nereikia nieko išpjauti. Iš esmės pakaktų į skydliaukę pašviesti lazeriu, ir praktiškai iškart matytume, ar audinys įtartinas.

Šiuo metu pasaulyje kalbama apie įvairius optinės biopsijos metodus.

O kokį išbando jūsų mokslinė komanda?

Tai yra netiesinė lazerinė mikroskopija, vienas iš pažangiausių metodų. Mūsų atveju yra taip: infraraudonosios šviesos lazeris šviečia į skydliaukės naviko kapsulę. Ją sudaro iš skaidulų susidedantis baltymas kolagenas, kuris sąveikauja su dviem jį apšviečiančios šviesos dalelėmis – fotonais.

Tuomet tie du fotonai sujungiami į vieną, pasižymintį dviguba energija. To „naujojo“ fotono bangos ilgis yra dvigubai trumpesnis už audinį apšviečiančios šviesos bangos ilgį. O tai mums leidžia stebėti kolageno skaidulų struktūras.

Kokios informacijos reikia, kad žinotumėt, ar navikas yra piktybinis?

Kolageno kapsulė apsaugo, kad vėžys neplistų. Tačiau piktybinis darinys sugeba praardyti tą barjerą ir prasiveržti lauk. Tada jis pasklinda po aplinkinius sveikus audinius, ir tai vadiname metastaze.

Augdamas vėžys aktyviai veikia kapsulę, tiek ją spausdamas iš vidaus, tiek chemiškai. Jis keičia baltymo kolageno skaidulų struktūrą. Tai stebėdami, mes tai panaudojame kaip vėžio augimo indikatorių. Ir apskritai, analizuodami kapsulės morfologiją (struktūrą, formą ir mikroskopinius ypatumus), bandėme išsiaiškinti, ar šiuo požiūriu piktybinis navikas skiriasi nuo gerybinio.

Ir štai – tyrimo rezultatas toks, kad, pasirodo, tikrai tai įmanoma panaudoti, ir atskirti šiuos du vėžio tipus. Mums tai pavyko nustatyti 90 proc. tikslumu.

Žinoma, šis skaičius kiek sąlygiškas, nes mūsų imtis buvo ribota. Reikėtų daugiau skydliaukės mazgelių bandinių. Ir, žinoma, kol kas testuojame išpjautus, jau apdorotus bandinius. O tikslas, kaip minėjau, yra neinvaziniai lazeriniai tyrimai.

Beje, iš kur gavot tuos bandinius?

Juos mums atsiuntė kolegos iš Rumunijos – Bukarešto politechnikos universiteto Mikroskopijos-mikroanalizės ir informacijos apdorojimo centro bei Centrinės universitetinės skubiosios pagalbos karo ligoninės, kur renkami tiek piktybinio, tiek gerybinio skydliaukės naviko bandiniai. Gydytojai ten operuoja ir vienus, ir kitus.

FTMC Metinėje konferencijoje džiaugėtės, kad Jūsų komandos gauti rezultatai „netikėtai geri“...

Tikrai taip. Jei tradiciniu būdu augliuko nustatymui reikia kelių dienų, mūsų atveju augliukui jį pavyko nuskanuoti per 15 minučių, o duomenų užtrunka dar maždaug 10 minučių.

Dėjau visas pastangas, kad šie rezultatai būtų tokie geri. Tačiau jie buvo netikėti mūsų kolegoms rumunams. Pas juos iki tol nebuvo tokio masto tyrimų. Tradiciniu skenuojančio lazerio mikroskopu būdavo tyrinėjami tik nedideli kolageno kapsulės lopinėliai iš skirtingų jos vietų – tačiau „bendras paveikslas“ nesusidėliojo. O mes atlikome masyvų matavimą ir pritaikėme mašininį mokymąsi, kas buvo gan nauja.

Kokia mašininio mokymosi reikšmė šiuose tyrimuose?

Mūsų atveju, tai buvo ne prabanga, o būtinybė – nes duomenų yra daug. „Rankomis“ palyginti, kaip atrodo piktybinis ir gerybinis kolagenas, nėra galimybės. Žiūrint plika akimi, net nesimato, kad jie kuo skirtųsi. Todėl reikia automatizuotos analizės.

Mašininis mokymasis yra dirbtinio intelekto šaka. Mes naudojame vadinamuosius tradicinius mašininio mokymosi metodus, kai iš turimo vaizdo suskaičiuojami parametrai, charakterizuojama struktūra. O tų parametrų rinkinys yra duomuo, kurį galima „sumaitinti“ mašininio mokymosi algoritmui, ir šitaip jis mums suteikia norimą informaciją.

Kas laukia toliau šiuose tyrimuose? Kokie kiti žingsniai realaus pritaikymo medicinoje link?

Norėtume tyrimų greitį dar labiau paspartinti. Tai pavyktų, jeigu turėtume galingesnį infraraudonąjį lazerį, kadangi daug kas priklauso nuo jo pajėgumų. Audinio plotas, kurį galime šiuo metu apšviesti, yra 150x150 mikrometrų. O reikėtų apšviesti didesnį plotą ir registruoti didesnį vaizdą, tad galingesnis lazeris pareikalautų mažiau etapų skenuojant audinį. Jei tai įgyvendintume, skenavimo laikas sutrumpėtų keliskart, nuo penkiolikos iki kelių minučių.

Taip pat būtų gerai pagerinti gaunamų rezultatų tikslumą. 90 procentų, kuriuos pavyko pasiekti, yra gerai, bet to 10 procentų vis tiek per daug. Įsivaizduokit, žmogui yra vėžys, o jam pasakoma, jog tai – gerybinis navikas...

Vienam iš dešimties, švelniai sakant, nepasiseka.

Taip, jis grįžta namo, galvodamas, kad viskas gerai, o iš tiesų taip nėra.

Ką galime padaryti? Yra pagrindo manyti, kad tikslumą galėtume pagerinti mūsų metodą sujungdami su kokiu nors kitu vaizdinimo būdu, pavyzdžiui, fluorescencija. Turinti papildomai duomenų, tikėtina, pagerėtų klasifikavimas. To ir ruošiamės imtis – iš esmės tai nėra sudėtinga, tiek reikia šiek tiek išplėsti savo optinę schemą.