Ультразвук режет по живому

Ученые из США и России научились проводить безопасные хирургические операции на живом организме с помощью ультразвука

Владимир Корягин 27.05.2014, 09:28
Локальное разрушение мягких тканей ультразвуком на субклеточные фрагменты возможно в живом организме iStockPhoto
Локальное разрушение мягких тканей ультразвуком на субклеточные фрагменты возможно в живом организме

Как с помощью ультразвука можно проводить хирургические операции на живом организме, не повреждая при этом кожу, выяснили в совместной работе ученые из США и России. Ведущий автор исследования Татьяна Хохлова, выпускница физфака МГУ, работающая ныне в Сиэтле, рассказала «Газете.Ru» подробности этой работы.

— Вы ведущий автор опубликованной на днях в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences статьи, посвященной хирургии с помощью ультразвука. В чем же состоит главный вывод этой работы?

— В этой работе мы впервые реализовали метод кипящей гистотрипсии (от греческих слов histos (ткань) и tripsis (растирание, раздробление) — механическое разрушение ткани при образовании в ней под действием ультразвука. — «Газета.Ru») на живой модели — в свиной печени.

Было показано, что локальное разрушение мягких тканей ультразвуком на субклеточные фрагменты возможно в живом организме, в этом заключается главный вывод работы.

Кроме того, оказалось, что этот процесс обладает избирательностью по типу ткани: структуры с высоким содержанием коллагена (то есть кровеносные сосуды, желчные протоки и т.п.) более устойчивы к ультразвуковому воздействию, нежели клеточные составляющие. Это чрезвычайно важно как в клинической реализации этого метода для механической абляции (в медицине термин «абляция», по сути, является аналогом хирургического удаления. — «Газета.Ru») мягких тканей — можно не бояться повреждения, скажем, крупного кровеносного сосуда, непосредственно граничащего с областью разрушения, — так и в биоинженерных приложениях, потому что предоставляет простую и удобную возможность децеллюляризации (то есть процесса избавления от родительских клеток. — «Газета.Ru») тканей для изготовления биосовместимых каркасов. Результаты этой работы открывают принципиально новое направление в ультразвуковой хирургии в частности и в терапевтических методах вообще и вызвали большой интерес и энтузиазм среди медиков.

— Какие методы при этом использовались? В чем состоит непосредственно ваш вклад?

— В работе использовался особый вид импульсного ультразвукового воздействия, который мы и называем кипящей гистотрипсией: высокоинтенсивные, но очень короткие (миллисекундной длительности) ударно-волновые ультразвуковые импульсы фокусируются внутрь биоткани, в результате чего в фокусе происходит локальное вскипание ткани, образуется паровая полость миллиметрового размера. Взаимодействие ультразвука с этой полостью приводит к разрушению биоткани вокруг нее на субклеточные компоненты размером не более ядра клетки. В нашей работе кипящая гистотрипсия применялась для создания одиночных разрушений в живой свиной печени на разной глубине и на разных расстояниях от крупных кровеносных сосудов, после чего образцы печени, содержащие разрушение, обрабатывались для гистологических исследований.

Мой вклад состоит в подготовке и оптимизации протокола облучения и непосредственном исполнении режима кипящей гистотрипсии в данном исследовании, а также в анализе результатов гистологии и подготовке статьи.

— Как можно применять ультразвуковую абляцию? Каковы плюсы и минусы ее применения?

— Основными преимуществами ультразвуковой абляции являются полная неинвазивность метода и отсутствие ионизирующего воздействия. Недостатками тепловой абляции являются ее дороговизна, обусловленная наиболее часто используемым способом мониторинга такого воздействия (МРТ-термометрия), а также опасность перегрева промежуточных тканей — ребер и кожи. Метод гистотрипсии еще не введен в клиническую практику, но потенциально может решить многие проблемы, которые существуют в тепловой абляции, и применяться в тех же задачах. Метод мониторинга — ультразвук, поскольку образующиеся пузырьки пара хорошо видны на УЗИ, это гораздо дешевле и проще, чем МРТ. Тепловой эффект практически отсутствует, поэтому можно не беспокоиться об ожогах ребер или кожи. Селективность по типу ткани я уже упоминала. Наиболее перспективными приложениями я считаю те, в которых перемолотая, жидкая ткань может быть выведена из организма естественным путем, например при абляции опухолей в почках или предстательной железе.

Наличие субклеточных компонентов опухоли в организме очень важно для стимуляции иммунного отклика, который может способствовать излечению, например рассасыванию метастазов.

Этот аспект гистотрипсии открывает принципиально новые возможности в терапии рака, и сейчас мы занимаемся исследованием механизма такого иммунного отклика.

Кроме того, сейчас мы работаем над методом неинвазивной биопсии с помощью гистотрипсии — точечного механического разрушения ткани с целью высвобождения в кровообращение биомаркеров рака или других заболеваний. Следующий за таким воздействием анализ крови позволит диагностировать заболевание с высокой точностью и, возможно, подобрать эффективный метод лечения.

Что касается минусов, то, как и в любом неинвазивном воздействии, необходим надежный способ подтверждения того, что все клетки в объеме ткани, подлежащей разрушению, действительно разрушены. В частности, этому будут посвящены наши дальнейшие работы.

— Какие перспективы у направления, которому посвящена данная работа?

— Я уже отметила некоторые медицинские направления, в которых метод механической ультразвуковой абляции имеет преимущества. Существует, кроме того, важное биоинженерное направление — создание децеллюляризованных биосовместимых каркасов из тканей животных. Благодаря селективности гистотрипсии по типу ткани и сохранению структур с высоким содержанием коллагена имеется возможность значительно упростить децеллюляризацию тканей для таких каркасов просто путем ультразвуковой абляции.

— Где проводились изыскания? Помогали ли вам российские учреждения или работа шла только за рубежом?

— Я закончила аспирантуру физического факультета МГУ, но сейчас работаю в Университете штата Вашингтон. Работы в области ультразвуковой хирургии и, в частности, гистотрипсии уже более 15 лет выполняются в тесном сотрудничестве с кафедрой акустики физического факультета МГУ. Это работы по численному моделированию процесса облучения, развитию методов характеризации источников для ультразвуковой абляции, исследование физических механизмов, совместные эксперименты.