Задача лечения рака, найти ответ для которой, по мнению многих медицинских экспертов, мы должны были уже в ближайшие годы, к сожалению, пока остается не решенной. Как минимум, так считает большинство людей во всем мире. Хотя в исследования в этой сфере вкладываются большие деньги и уже давно, проблемы здравоохранения во всем мире не позволяют сосредоточиться только на этой задаче.

Исследование рака по-прежнему является одной из наиболее значимых областей исследований в здравоохранении во всем мире. Изобретения, которые привели к стремительному развитию вакцины КОВИД-19, изначально были направлены на лечение рака - например, технология на основе мРНК. Сегодня это стало перспективной концепцией иммунотерапии рака, и исследователи ожидают убедительного роста этой области в будущем. Три основных уровня в лечении рака (профилактика, лечение и мониторинг заболевания) могут помочь победить рак навсегда. И мы хотим надеяться, что в конце концов и технологии, а также сопутствующие им организационные и финансовые меры, наконец начнут приносить свои плоды.

Профилактика и диагностика

Диагностика рака должна быть ранней и точной. Многие виды рака пока не могут быть обнаружены на достаточно ранних стадиях, в то время как другие выявляются вовремя, но лечатся слишком тяжело. Это понятие требует отличных медицинских учреждений, новых технологий диагностики и инициативности пациентов. Т.е. всего того, в чем мы сегодня испытываем недостаток.

"Жидкостная" биопсия

Жидкостная биопсия - это анализ опухолей с помощью биомаркеров, циркулирующих в жидкостях, таких как кровь. Она может использоваться для раннего выявления рака. Во время лечения болезни повторные биопсии необходимы для корректировки плана лечения. Это означает взятие нового образца из постоянно меняющейся опухоли для определения следующего этапа терапии. При существующих инвазивных методах биопсии это представляет собой серьезную проблему как для пациентов, так и для медицинских работников. Жидкостная биопсия извлекает раковые клетки из простого образца крови. Использование биомаркеров в крови уже преображает диагностику рака, и, судя по всему, этот метод скоро должен быть основным процессом для всех биопсий, где это возможно.

Диагностика рака в реальном времени

Сегодня существует множество технологий для диагностики опухолей во время операции. Крупномасштабное исследование, проведенное в 2019 году, показало, что более 20% женщин, страдающих раком молочной железы, пришлось перенести вторую операцию, поскольку в первый раз злокачественные клетки остались частично необнаруженными. Новый инструмент, получивший в 2020 году статус прорывного устройства от FDA, призван решить эту проблему. Устройство визуализации компании OncoRes Medical предоставляет важную интраоперационную информацию, доступную хирургам во время люмпэктомии¹. Портативное устройство использует искусственный интеллект для идентификации опухоли и здоровых тканей, тем самым значительно улучшая результаты операций по сохранению груди и сокращая количество повторных операций для женщин с раком груди.

Ученые из университета Райса и Техасского онкологического центра доктора Андерсона создали новый микроскоп, который может быстро отобразить большие участки тканей, потенциально даже во время операции, чтобы найти ответ, все ли раковые ткани были вырезаны.  Микроскоп может быстро получать изображения относительно толстых участков ткани с клеточным разрешением и может позволить хирургам осматривать края опухолей в течение нескольких минут после их удаления

Микроскоп с расширенной глубиной резкости использует технологию искусственного интеллекта для обучения алгоритма оптимизации как сбору изображений, так и их пост-обработке.

Понимание генетических причин заболеваний и причин, связанных с образом жизни

Получив четкие знания о том, какие генетические и экологические факторы приводят к различным типам рака, включая генетический состав конкретного пациента, можно было бы выявлять рак на начальной стадии. Для этого необходимы новые технологии и процессы в здравоохранении и более точные и специфические биомаркеры рака, подкрепленные более совершенными технологиями скрининга. Например, компания, Dante Labs исследует варианты генов для оценки комплексного риска развития рака. Их комплекс анализа ДНК содержит отчет о наследственных раковых заболеваниях с рисками, например, колоректального рака или рака простаты, но пока это все равно недостаточная информация, поскольку риски и реальные заболевания - это две разные вещи.

Технология компании Nightingale позволяет на основе одного образца крови анализировать множество биомаркеров. Эта система использует технологию ядерного магнитного резонанса и запатентованное программное обеспечение для получения комплексных данных о состоянии здоровья, которые связывают образ жизни человека с риском его заболеваний. Анализ осуществляется полностью автоматизировано под строгим контролем качества и обеспечивает комплексный спектральный анализ многочисленных биомаркеров из образца. Затем программное обеспечение идентифицирует метаболиты и количественно оценивает эти данные для получения подробной информации о состоянии здоровья человека.

Лечение

Лечение рака варьируется от хирургического вмешательства и различных методов терапии до уничтожения злокачественных клеток в организме и трансплантации стволовых клеток. Биомаркеры могут помочь определить, какой вид терапии будет работать лучше всего. Точная онкология помогает найти доступные целевые методы лечения. Но сегодня цены на новые лекарства резко растут, а персонализированные препараты стоят еще дороже, правда, они обещают быть более эффективными, чем лекарства прежнего поколения. По мере того, как медицинские и технологические инновации расширяют возможности лечения рака, возможность применения целевых препаратов в лечении онкологии становится все ближе. Правда, пока далеко не для всех.

Целевая терапия следующего поколения

Существуют препараты, которые могут блокировать рост или распространение рака путем воздействия на определенные молекулы, участвующие в развитии, прогрессировании и распространении рака. Такие целевые методы лечения предназначены только для остановки роста раковых клеток, используя информацию о генах и белках человека. Такие прецизионные препараты могут способствовать профилактике, диагностике и лечению заболевания, что приводит к неограниченным преимуществам для пациентов. И стоимость технологии неизбежно будет снижаться по мере того, как она будет становиться все более доступной, а значит, и более приемлемой.

Молекулярная диагностика рака

Подбор правильной целевой терапии для конкретного пациента на основе индивидуальных молекулярно-генетических изменений в опухоли каждого больного является перспективным и привлекательным подходом к прецизионной онкологии. Венгерская компания Oncompass Medicine использует алгоритмы на основе искусственного интеллекта для сопоставления генетических мутаций, обнаруженных в образцах опухолей пациентов, с эффективными целевыми методами лечения рака. Таким образом, пациенты могут получать точно направленное лечение, соответствующее типу имеющейся у них раковой ткани. Калькулятор лечения онкологии компании в режиме реального времени может значительно улучшить подбор правильной целевой терапии для каждого пациента на основе индивидуального молекулярно-генетического профиля его рака.

Разработка терапии с использованием искусственного интеллекта

Даже если мы можем извлечь опухолевые клетки из крови и максимально быстро секвенировать их ДНК, принятие решения о лечении все равно остается сложной задачей. Ни один онколог не сможет просмотреть массу публикаций исследований и тысячи клинических испытаний, учитывая все параметры и мутации пациента. Однако алгоритмы искусственного интеллекта могут это сделать. В Великобритании, в кембриджской больнице Адденбрука, используется инструмент на базея искусственного интеллекта Project InnerEye, разработанный компанией Microsoft Research Cambridge и помогающий лечить раковых больных. Искусственный интеллект анализирует данные больницы, чтобы выявить опухоли на снимках пациентов. И он удивительно надежен, сокращая время обработки КТ-сканов и планирования лечения на 90%.

В Голландии исследователи из Centrum Wiskunde & Informatic разработали алгоритм с интеллектуальным поиском, позволяющий генерировать лучшие решения с постоянно растущей скоростью. При тестировании эта система уже создала "лучшие планы лечения и дала врачам больше понимания, чем они считали возможным".

Компьютерное моделирование экспериментов

Обычно клинические испытания занимают годы и стоят более 2 миллиардов долларов на каждое одобренное лечение. Количество неудачных кандидатов на лекарства огромно, поэтому трата лет и миллионов на клинические испытания не является гарантией того, что они приведут к одобренному лечению. Однако пандемия навсегда изменила мир клинических исследований. В испытаниях, несомненно, теперь будут использовать больше данных и моделей на основе алгоритмов искусственного интеллекта. Неизбежно формирование правильного набора навыков для внедрения новых технологий. Новые подходы, такие как испытания на компьютерных и искусственных моделях с использованием продвинутых биологических сетей, органов-на-чипе или даже сетевой медицины, помогут в считанные секунды выбрать правильные кандидаты на лекарства. Что уже и происходит.

ДНК-контейнеры

Большинство методов лечения рака сегодня, к сожалению, уничтожают не только раковые клетки, но и здоровые. Конечная цель при разработке новых методов лечения - доставлять лекарства только в те клетки, которые в них нуждаются. Использование ДНК-контейнеров, в которых хранятся лекарства, может стать решением этой проблемы.

Подобные ДНК-структуры при определенных условиях формируются путём самосборки из нескольких недлинных синтетических нитей. Такие структуры, как было установлено учеными, могут удерживать молекулы белков и «открываться», высвобождая содержимое, при встрече с определёнными молекулами.

Раковые клетки могут спровоцировать ДНК-контейнер открыться, и таким образом лекарство может воздействовать только на эти клетки, но не на здоровые. Следующий уровень такой целенаправленной терапии исследуется в Имперском колледже Лондона, где исследователи использовали свет в качестве триггера, чтобы открыть контейнер и выпустить находящееся в ней лекарство.

Точная хирургия

Хирурги, использующие хирургические роботы, способны выполнять операции с ранее недостижимой точностью. Если сделать робота продолжением ума и навыков хирурга, то оперирование опухолей на ранних стадиях или опухолей, расположенных вблизи чувствительных органов, может стать более осуществимым, чем когда-либо. Сегодня хирургические роботы оснащены 3D-камерами, которые могут одновременно записывать операции и вести потоковое вещание. Дополнительная ценность робота заключается в том, что он помогает хирургу накладывать швы, рассекать и втягивать ткани, что позволяет добиться большей точности в хирургии, чем когда-либо.

Носимые устройства

Сфера носимых медицинских технологий развивается буквально у нас на глазах - уже произошел переход от устройств для фитнеса до систем контроля показателей здоровья и даже лечения рака. Компания Novocure разработала носимое устройство Optune, предназначенное для лечения глиобластомы, одного из видов рака мозга. Устройство представляет собой четыре пластырных накладки на липкой основе, которые накладываются на голову в области, где находится раковая опухоль. Электроды, встроенные в накладки, создают в мозге электрические поля низкой интенсивности, чтобы прекратить деление и рост раковых клеток. Питание устройства осуществляется с помощью носимого батарейного комплекта с блоком управления, при этом система с виду напоминает портативную аудиосистему. Источник питания имеет функцию горячей замены батарей, что позволяет не прерывать формирование электрического поля, воздействующего на опухоль. Пациенты могут носить прибор в повседневной жизни, а лечение проводится неинвазивным способом до 18 часов в сутки.

Эта система оказалась при тестировании очень эффективной, хотя и обладает рядом побочных эффектов, если сравнивать ее с химиотерапией. Кстати, как выяснилось, технология, изначально предназначенная для лечения опухоли мозга, вполне годится и для противодействия другим формам рака, например раку поджелудочной железы.

Наблюдение и обеспечение медицинского ухода

Диагноз рака - это травмирующее событие для каждого. Хотя пациенты много раз лично встречаются со своими близкими, они часто остаются наедине с хронической болью или сильными побочными эффектами на протяжении всего процесса лечения и восстановления. Новые технологии могут улучшить их опыт - а также опыт тех людей, которые их окружают.

Носимые, имплантируемые и проглатываемые сенсоры

Во многих случаях измерение параметров здоровья в домашних условиях стало бы огромным и полезным дополнением к лечению рака. Измерение температуры тела, например, имеет ключевое значение для мониторинга последствий химиотерапии. С помощью проглатываемых таблеток можно было бы проводить неинвазивные плановые обследования пищеварительной системы в домашних условиях. Имплантированные датчики или цифровые "татуировки" и патчи могли бы отслеживать все важные жизненно важные показатели, подавая сигнал тревоги как пациенту, так и ухаживающему за ним человеку, чтобы можно было как можно быстрее спланировать вмешательство.

Хотя существует большой набор носимых устройств, которые пациенты могли бы использовать для домашнего мониторинга жизненно важных показателей или физической активности, эти устройства мало используются для этих целей. Отсутствуют как исследования по этому вопросу, так и медицинское образование. Однако встроенные или имплантированные датчики (как в контактных линзах, где слезная пленка пригодна для обнаружения биомаркеров рака) имеют огромный потенциал в будущем.

Лабораторные анализы на дому

Угроза, которую представляет КОВИД-19, подтолкнула здравоохранение к более широкому использованию лабораторных анализов на дому. Во время химиотерапии необходимо регулярно проверять показатели крови, особенно количество лейкоцитов, чтобы убедиться, что иммунная система пациента не повреждена. Во время пандемии онкологические пациенты с легко нарушенной иммунной системой столкнулись с еще большими трудностями в этом отношении. Тестирование в месте оказания медицинской помощи может стать вполне жизнеспособным вариантом. Варианты тестирования и диагностики на дому позволят пациентам оставаться в безопасности, а их иммунным системам - в целости и сохранности.

Например, компания PixCell Medical разработала портативный гематологический анализатор, который в своей работе использует одноразовые картриджи. Каждый такой картридж содержит все необходимые реагенты и разработан таким образом, чтобы использовать каплю крови, взятую из пальца. По словам разработчиков, этот прибор могут использовать даже люди, прошедшие минимальный тренинг и имеющие небольшой опыт работы.

Новое устройство, в отличие от конкурентных решений, не нуждается в обслуживании или калибровке, а в своей работе использует микрофлюидные технологии, машинное зрение и программное обеспечение на базе искусственного интеллекта.

Пациентские сети

Сетевые сайты, такие как SmartPatients (первоначально это был сайт по расширению возможностей онкологических пациентов), были созданы для того, чтобы помочь пациентам найти и поддержать друг друга. Эти каналы предлагают живое сообщество, где пациенты, семьи и ухаживающие за ними лица узнают друг от друга о методах лечения, клинических испытаниях или последних достижениях науки. Ощущение общности и видение того, что другие справляются с теми же трудностями, может улучшить не только психическое, но и физическое самочувствие больных раком.

Контроль боли

Рак и его лечение могут вызывать сильную, хроническую боль. Часто онкологические больные вынуждены постоянно принимать все большие дозы обезболивающих и опиоидов. Сейчас компании разрабатывают устройства, которые помогают облегчить симптомы и побочные эффекты. Хорошим примером является Quell, носимое устройство с интенсивной стимуляцией нервов, клинически доказавшая, что она помогает справиться с хронической болью. Оно одобрено к применению и клинически доказано, что прибор облегчает хроническую боль.

Устройство блокирует болевые сигналы, которые, в свою очередь, передают нейронные импульсы в мозг. Пользователь при этом не испытывает никаких неприятных ощущений. Используемая здесь технология - чрезкожная электрическая стимуляция нервов - уже десятилетиями используется для лечения, но только врачами. Система включает в себя приложение для смартфона, которое позволяет пациентам отслеживать состояние сна, физическую активность и другие показатели здоровья.

Другая современная технология, виртуальная реальность, также может помочь раковым больным в снижении боли, отвлекая пациентов. И хотя эффективность вспомогательной терапии не поддается полной оценке, респонденты считают ее полезной.

Все эти технологии позволяют заглянуть в будущее - и в некоторых случаях это будущее уже наступило. Возможно, что через какое-то время мы сможем достичь той стадии, когда диагноз "рак" станет не событием, меняющим жизнь, которое часто приводит к безвременному концу жизни пациента, а, по крайней мере, управляемым хроническим состоянием.

¹ Люмпэктомия - это удаление непосредственно той части груди, где имеется опухоль.

По материалам Medgadget.com, Medical Futurist, Contact Lense Journal, The Pathologist, Smart Patients.