Виявлення меланоми перед тим, як вона стане видимою, є серйозною проблемою в дерматології. Наразі вчені з Університету Монреаля та Національного інституту наукових досліджень Квебеку (INRS) розробили перспективне рішення, протестоване на мишах.
Система, що отримала назву SMEAR-ULM, є високотехнологічним рішенням, здатним виявляти рак шкіри на ранніх стадіях шляхом вимірювання дрібних змін температури на поверхні шкіри. Результати дослідження, проведеного під керівництвом професора INRS Цзіньян Лян, опубліковано у журналі Nature Sensors.
Робота проводилася у тісній співпраці з кількома дослідницькими групами, включаючи групи під керівництвом професора INRS Фіоренцо Ветроне, а також професора фармакології Давіда Брамбілла та професора медицини Сільвена Мелоша з Університету Монреаля.
Потенційний вплив цієї роботи є значним, кажуть вчені.
Зростання числа випадків захворювання
Захворюваність на меланому в Канаді продовжує зростати, і рання діагностика має вирішальне значення для підвищення показників виживання. Сучасні діагностичні підходи ґрунтуються на візуальному огляді з подальшою біопсією — інвазивними та іноді непотрібними процедурами.
Завдяки можливості швидкої, прямої та неінвазивної оцінки підозрілих уражень шкіри, ця технологія може скоротити кількість непотрібних біопсій, підвищити точність ранньої діагностики та підтримати ухвалення клінічних рішень.
"Наша мета - надати мінімально інвазивний інструмент для виявлення дуже маленьких, але все ще агресивних меланом", - сказав Цзіньян Лян, старший автор дослідження, що спеціалізується на надшвидкій візуалізації та біофотоніці в INRS.
"Через свій невеликий розмір (меланоми) зазвичай виключаються з клінічного візуального огляду, що залишає загрозу поза увагою. Ми хочемо їх виявити, щоб можна було якнайшвидше вжити заходів.
"Хоча це дослідження проводилося на мишах, ця тваринна модель відтворює генетичні зміни, що спостерігаються в меланомах людини, і тому потенційно може принести користь пацієнтам", - додав Сільвен Мелош, дослідник з Інституту досліджень імунології та раку Університету Монреалю та співавтор дослідження.
Цей підхід також переосмислює роль температури у виявленні раку. Хоча відомо, що пухлини генерують більше тепла через свою вищу метаболічну активність, цей сигнал традиційно був занадто неточним для використання як діагностичного маркера. SMEAR-ULM змінює це, перетворюючи незначні температурні зміни на високочутливий та вимірний сигнал.
Тимчасове «татуювання»
В основі системи лежить пластир із безболісних мікроголок, які вводять спеціальні наночастинки безпосередньо під шкіру. Ці наночастинки утворюють тимчасове «інтелектуальне татуювання», яке поводиться як масив мікроскопічних термометрів.
При освітленні ближнім інфрачервоним світлом наночастинки випромінюють видиме світло. Важливо, що тривалість цього світлового випромінювання залежить від локальної температури. Оскільки ракові клітини споживають більше кисню та поживних речовин, аніж здорові клітини, вони виділяють додаткове тепло, яке можна виявити за допомогою цього оптичного сигналу.
Використовуючи надшвидку систему візуалізації, SMEAR-ULM захоплює всю цю інформацію в одному високошвидкісному знімку, створюючи докладну теплову карту з просторовою роздільною здатністю менше міліметра та температурною чутливістю менше градуса.
"Ми отримуємо всю необхідну інформацію для миттєвої температурної карти за один знімок, що робить метод швидким і надійним для безперервного моніторингу аномальних теплових реакцій у невеликих меланомах - навіть у складних умовах in vivo", - сказав головний автор дослідження Інмін Лай, науковий співробітник INRS, який захистив докторську дисертацію в галузі енергетики та матеріалознавства в INRS.
Усього чотири дні
Завдяки цьому дослідники успішно виявили мікромеланоми вже на чотириденній стадії — стадії, коли вони, як правило, занадто малі, щоб їх можна було ідентифікувати за допомогою звичайних методів візуалізації.
Навпаки, звичайні методи тепловізійного фільмування ґрунтуються на інфрачервоних технологіях, які страждають через обмежену роздільну здатність та високого рівня шуму. В результаті вони зазвичай виявляють тільки пухлини розміром понад 5 міліметрів - ураження, що вже можна побачити неозброєним оком.
Крім того, наявні методи виявлення на основі мікроголок потребують багаторазових вимірювань, що обмежує їх використання на живих організмах.
Технологія SMEAR-ULM долає ці обмеження, поєднуючи кодування мікроголками, наночастинки, леговані рідкісноземельними елементами, та надшвидку оптичну візуалізацію в систему, здатну до термічного картування in vivo в режимі реального часу за один знімок.
За словами дослідників, цей прорив ефективно перетворює температуру шкіри з вторинного індикатора на точний діагностичний біомаркер для меланоми на ранній стадії.
Крім виявлення раку шкіри, їх платформа може бути адаптована для картування інших фізіологічних параметрів, таких як pH або концентрація іонів, відкриваючи нові можливості в біомедичній візуалізації та діагностиці.
