Флуоресцентные метки для обнаружения раковых клеток

Чтобы рак не повторился, нужно полностью удалить опухоль и все раковые клетки. Но оценить края визуально трудно, поэтому приходится высекать большие участки здоровых тканей. Даже при такой методике остается риск, что злокачественные элементы останутся.

Уже несколько десятилетий ученые разрабатывают методики, помогающие оценить точные размеры опухолей. Некоторые из них вошли в практику, используются в ведущих клиниках мира, например, Первом медицинском центре Тель-Авива (https://telaviv-clinic.ru/).

К сожалению, все системы имеют свои недостатки. Перед вмешательством и непосредственно в операционной применяется диффузно-тензорная и функциональная МРТ. Они визуализируют большие опухоли, но пропускают клетки, расположенные на периферии. Использование радиоактивных меток вредно как для больных, так и для персонала.

Контрасты с небольшой молекулярной массой, уже вошедшие в практику, быстро выводятся или слабо накапливаются внутри клеточных структур новообразований. Для достижения оптимальной концентрации необходимо около 24 часов, что увеличивает время пребывания в стационаре.

Израильская исследовательская группа из Университета Тель-Авива решила исправить недостатки. Они разработали «умный зонд» на основе полимера и красителя Turn-ON. Он накапливается в опухолевых клетках и дает флуоресцентное свечение. В нормальных тканях такого эффекта нет, что дает возможность четко провести дифференциацию. Накопление идет в течение 4 часов. Субстанция выводится медленно, на протяжении 20-60 минут.

Механизм действия

В некоторых опухолях, например, меланоме или карциноме молочной железы, наблюдается гиперактивность цистеиновых катепсинов. Они способны разлагать полимеры – L-глутаминовую кислоту или тетрапептид Gly-Phe-Leu-Gly. В эксперименте эти носители были соединены с флуоресцентным красителем Cy5.

При захвате опухолевыми клетками вещества полимер распадается и красящее вещество высвобождается. Прибор фиксирует флуоресцентное свечение. В здоровых тканях, где уровень катепсинов низкий, сохраняется связь между Cy5 и полимерным носителем. Такие участки остаются темными. При операции хирург ориентируется на свечение и проводит резекцию всех злокачественных элементов.

Размер частичек системы Turn-ON около 7 нм. Он оптимальный для захвата фагоцитами и другими клеточными элементами. После расщепления частички красителя становятся положительно заряженными, благодаря чему медленнее выводятся через лизосомы. У хирурга есть время, чтобы оценить объем резекции и провести операцию.

Выводы

На данном этапе были проведены эксперименты на культуре клеток и белых мышах. После удаления меланомы и опухолей молочной груди выживаемость животных была выше, чем при использовании стандартных коммерческих флуоресцентных систем. Так в первой группе 80% грызунов остались живы спустя 10 дней, а во второй – только 40%.

Разработчики рассчитывают вскоре приступить к клиническим испытаниям. Зонд считается вполне безопасным для пациентов и персонала, в отличие от радиоактивных меток. Он поможет точнее проводить резекции, уменьшить количество повторных вмешательств, с его помощью легче выявлять метастазы. В результате растет качество хирургических вмешательств, лечения и увеличивается выживаемость.

Полезными «умные метки» станут для гистологов. Они помогут более точно определять участки для пристального исследования. В результате снизится негативное влияние «человеческого фактора», результаты станут более достоверными.

Ограничением методики является ее нацеленность на гиперпродукцию катепсинов в опухоли. Перед применением необходимо определить, действительно ли эти ферменты синтезируются клетками данного типа рака.