Технологии для диагностики и лечения рака. Обзор. Часть 1

Цифровые и связанные с ними медицинские технологии обладают реальным потенциалом для преобразования диагностики и лечения рака. Сегодня, поскольку цифровые технологии начинают предлагать новые и менее инвазивные стратегии борьбы с раком, есть надежда, что уже в обозримом будущем лечение рака перейдет на новую стадию развития и это коснется всего населения, а не только людей, обладающих значительными ресурсами.

Отметим, что биологическая сложность онкологических заболеваний и необходимость использования для их лечения многопрофильных бригад делает использование технологий особенно важным для более эффективного сбора и передачи информации. Это также важно для установления контакта между врачом и пациентами, особенно с редкими формами рака, и для оказания им поддержки.

Лечение онкологических заболеваний является также одной из основных статей расходов здравоохранения. Поскольку затраты продолжают расти, более эффективное использование новых технологий и методов диагностики и лечения может помочь снизить расходы.

В этом обзоре мы хотим рассмотреть некоторые из современных технологических решений, которые начинают использоваться в этом секторе здравоохранения.

ДИАГНОСТИКА

Диагностика имеет очень важное значение в сфере лечения рака - системы и тесты, используемые для выявления заболевания, особенно раннего, спасают жизни людей, помогая заблаговременно начать лечение и давая пациентам гораздо больше шансов на выживание.

Сейчас в здравоохранении начинают все шире использоваться технологии искусственного интеллекта, в первую очередь в сфере диагностики по медицинским изображениям. Здесь мы не будем подробно останавливаться на этих решениях, но вы можете прочитать о них в других наших обзорах: "Искусственный интеллект в здравоохранении. Лучшие решения" и "Диагностика ближайшего будущего. Обзор новых технологий". Мы остановимся на других технологиях.

Новые разработки позволяют создать системы неинвазивного скрининга рака, основанные на анализе крови. Такие тесты заключаются, например, в обнаружении частей мутировавшего ДНК, которые циркулируют в плазме крови.

Решение, разработанное в рамках проекта Американского общества клинической онкологии, представляет собой тест крови, который при испытаниях выявил 41% случаев рака легких на ранней стадии и 89% случаев рака на поздней стадии. Количество ложноположительных срабатываний было низким: менее 1% пациентов в контрольной группе, свободной от рака, подали сигнал, подобный раку, при тестировании крови.

Исследователи Канзасского университета в Лоуренсе (США) в свою очередь разработали ультразвуковой прибор для обнаружения рака. Устройство, которое получило название "3D-nanopatterned microfluidic chip", может успешно обнаруживать онкологические маркеры в малейшей капле крови или плазмы. Новая система представляет собой трехмерный нанопористый микроинструмент со сложным рисунком, который заставляет экзосомы (микроскопические внеклеточные везикулы диаметром 30-100 нм, выделяемые в межклеточное пространство клетками различных тканей и органов) плотно контактировать с поверхностью чипа устройства для их анализа и распознавания.

Американские ученые из Государственного университета Луизианы смогли разработать способ, позволяющий обнаружить, имеет ли человек потенциально "раковый" ген или нет, используя смартфон. Компактная система FluoroZen, предназначена для анализа ДНК и использует для этого обычный смартфон и портативную флуоресцентную систему визуализации на базе микрочипа (microarray). Эта система, которая может использоваться вместо домашнего тестового набора или визита к врачу, позволяет получить результат анализа уже через 20 минут.

FluoroZen работает за счет анализа ДНК образца крови, помещаемого на микрофлюидный чип из нитроцеллюлозной бумаги, который затем вставляется в стеклянное предметное стекло. Система обнаруживает флуоресцентные следы маркеров рака на этой бумаге путем использования двух световых фильтров, а для визуализации используется экран смартфона.

Ранняя диагностика является ключом к определению исхода рака кожи, поэтому врачи приветствуют любые технологии (особенно недорогие), которые могут улучшить раннее диагностирование и, тем самым, повысить шансы на выживание.

В частности, голландская компания SkinVision выпустила новое приложение, которое позволяет пользователям с помощью камеры смартфона просканировать свое тело для проверки на признаки рака кожи. Приложение использует клинически проверенный алгоритм, который определяет наличие признаков рака, анализируя пятна на коже и окружающие их ткани тела. Этот алгоритм способен определять наиболее общие формы смертельного рака кожи - программа может идентифицировать меланому, базальноклеточную карциному и плоскоклеточную карциному. Алгоритм приложения может распознавать 90% случаев смертельного рака кожи, и его работа уже прошла тестирование в университетской клинике в Мюнхене (Германия).

Британская компания Owlstone Medical разработала устройство, позволяющее определить рак у пациента путем анализа выдыхаемых им летучих органических соединений. Для своих измерений компания использует технологию спектрометрии ионной подвижности.

В своем устройстве компания использует специально созданные чипы, позволяющие обнаруживать следы определенных летучих органических соединений - конкретных метаболитов, образованных раковой опухолью. Чип, работающий вместе с системой сбора продуктов дыхания, работает как программируемый фильтр, специально нацеленный на обнаружение интересующих компонентов. Принцип его работы примерно такой, как у масс-спектрометра.

Существующая версия системы предназначена для диагностики рака легких, при этом Owlstone планирует использовать полученные результаты исследований для создания на этой базе теста на наличие рака поджелудочной железы.

Исследователи из Европейской лаборатории молекулярной биологии (Хайдельберг, Германия) разработали программную систему на базе алгоритма машинного обучения для определения подмножества бактерий кишечника, связанных с раком прямой кишки. Для диагностики используется образец кала, который анализируется системой под названием mOTU2, которая позволяет точно идентифицировать и подсчитать бактериальные виды в метагеномах.

Этот анализ позволил определить обобщающую и прогнозируемую микробиомную сигнатуру, которая может послужить для неинвазивной диагностики колоректального рака.

Ученые из Вашингтонского университета разработали простой метод диагностики рака поджелудочной железы на базе напечатанного на 3D-принтере устройства в виде накладки на смартфон и приложения. Программа, получившая название BilliScreen, использует алгоритмы компьютерного зрения и машинного обучения для обнаружения желтухи на фотографии глаз человека, которая является ранним симптомом рака поджелудочной железы и других болезней и вызывается увеличением образования билирубина. В частности, система измеряет повышенный уровень билирубина в склере (белая белковая оболочка глаза).

Пользователь делает фотографию своего лица с помощью камеры смартфона, пары специальных очков и напечатанного на 3D-принтере устройства, контролирующего освещенность и выдержку.

Израильская фирма Check-Cap разработала пилюлю, которая делает снимки кишечника по мере прохождения через него и используется для диагностики рака кишечника. Это миниатюрное проглатываемое устройство, получившее название C-Scan, содержит источник рентгеновского излучения, систему позиционирования, компьютерные компоненты и батарею.

Пациент перед тем, как проглотить пилюлю сперва должен выпить минимальное количество контрастной жидкости, затем он закрепляет на своем теле примерно там, где находится кишечник, специальные сенсоры, которые предназначены для получения изображений и данных о местонахождении устройства. Пилюля использует два отдельных явления, связанные с рентгеновским излучением. Одно заключается в том, что излучение, направленное на проглоченный контрастный агент, вызывает его флуоресценцию. Это делает его и содержимое кишечника, с которым его смешивают, более видимыми. Второе явление, называемое комптоновским рассеянием, проявляется, когда рентгеновские лучи взаимодействуют с электронами в тканях стенки толстой кишки. В результате этого некоторая часть рентгеновского излучения возвращается назад в пилюлю. Комбинирование этих двух наборов данных позволяет получить изображение, дающее возможность идентифицировать поражения и наросты в кишечнике.

Компания Zilico разработала новое портативное диагностическое устройство ZedScan, которое использует технологию электрической импедансной спектроскопии для обнаружения дисплазии и рака шейки матки.

Прибор состоит их портативного ручного устройства, доковой станции, одноразового сенсора и программного приложения. За две-три минуты, пока проходит обследование, этот неинвазивный прибор проводит 10 - 12 измерений в области шейки матки. Он анализирует глубинную структуру тканей, что позволяет идентифицировать заболевание, предоставляя при этом врачу дополнительную информацию, которая поможет затем при лечении пациентки. В комбинации с кольпоскопией ZedScan является очень полезным инструментом, позволяющим существенно улучшить обнаружение и предоставляющим врачам возможность предпринимать более информированные решения уже после первого визита пациента.

СИСТЕМЫ ДЛЯ ДОМАШНЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Проблему боли, связанной с раком, можно решать с помощью метода, сочетающего дистанционный мониторинг с телемедицинским обслуживанием. Это было продемонстрировано, например, в американском исследовании, которое было проведено в Regenstrief Institute. В исследовании участвовали пациенты с различными типами рака, включая рак легких, груди и желудка, страдающие болью, депрессией или тем и другим одновременно. Они использовали автоматизированную домашнюю систему мониторинга симптомов, состоящую из веб-приложения или интерактивных записываемых телефонных разговоров. Кроме того, медсестра регулярно звонила им по телефону. К концу исследования, которое длилось 12 месяцев, у пациентов было значительно меньше боли и депрессии, чем у контрольной группы.

Британский Christie NHS Foundation Trust, специализирующийся в области исследований и лечения рака, запускает в работу устройство дистанционного мониторинга, которое позволит онкологическим больным проверять свою кровь дома. Устройство может измерять уровень лейкоцитов и гемоглобина из капли крови, полученной с помощью набора для уколов пальцев. С помощью технологии 3G результаты затем передаются в больницу для оценки онкологической командой.

Эта технология может быть особенно полезна для пациентов, получающих химиотерапию. Они нуждаются в лабораторном анализе крови перед каждым циклом лечения. Предоставляя пациентам возможность проводить анализ крови дома, новое устройство позволяет сократить количество поездок в больницу, экономя время и ресурсы. Он также может измерять температуру тела и оценивать симптомы, что позволяет онкологической команде быстро вмешаться в случае ухудшения состояния здоровья пациента.

Компания Athelas также выпустила недорогое устройство для диагностики крови, предназначенное для использования в домашних условиях, которое может использоваться для тестирования на наличие ряда заболеваний, включая грипп, бактериальную инфекцию и рак.

Новое устройство очень удобно для применения - пользователю требуется вставить в него стекло с капелькой крови и подождать пару минут, пока оно делает анализ. В первую очередь этот прибор предназначен для онкологов, которые могут предлагать его своим пациентам во время прохождения лечения для контроля непосредственно у них на дому.

Устройство использует алгоритм компьютерного зрения для проведения быстрой диагностики крови по одной капле крови, после чего через 50 секунд предоставляет результаты на сопутствующее приложение. Прямо из приложения информация может отсылаться врачу для проверки на наличие важных маркеров, свидетельствующих о том, работает лечение или нет.

Компания Proteus Digital Health разработала цифровые онкологические препараты в виде таблеток для поддержки схем лечения и улучшения его результатов. Специалисты компании объединили в одной пилюле обычный химиотерапевтический препарат капецитабин, который используется для лечения больных раком толстой кишки 3 и 4 стадии, с проглатываемым сенсором Proteus.

Такой сенсор, работающий совместно с мобильным приложением, помогает оптимизировать схемы лечения. Программа надежно фиксирует, записывает и обменивается информацией о времени приема пероральных препаратов, дозе и типе пероральной химиотерапии. Эта информация, а также данные об отдыхе пациента, его активности и пульсе в состоянии покоя могут быть предоставлены врачу или опекуну. Информация может быть просмотрена пациентом или врачами с помощью безопасной и удобной для использования мобильной платформы разработанной компанией Proteus.

Продолжение следует...