Kaip šviesa demaskuoja vėžį

https://www.lrt.lt/naujienos/mokslas-ir-it/11/2353106/lazeriai-medicinoje-padeda-demaskuoti-vezi

 

Rolandas Maskoliūnas

 

Prasiskverbti į mūsų kūno gelmes galima įvairiais būdais. Tiesa, kai kurie jų pavojingi, nes tam naudojama jonizuojanti spinduliuotė (alfa, beta, gama dalelės). Be to, jie nesuteikia pakankamai informacijos. Geriausia naudoti matomos šviesos spindulius, kadangi jie nepavojingi ir sąveikauja su organinėmis molekulėmis. Ir čia praverčia lazeris. Nors mūsų kūnas mažai pralaidus šviesai, tyrėjai suranda būdų, kad matoma šviesa papasakotų apie tai, kas vyksta mūsų kūnų viduje. Jie priverčia audinius skambėti paveikus šviesos impulsais. Toks metodas vadinamas fotoakustika. Jis naudojamas biologinių bandinių arba gyvų organizmų tyrimams.

 

Unikalus metodas

„Ekspla“ mokslo vadovas Andrejus Michailovas sako: „Žmogaus minkštieji audiniai pakankamai skaidrūs 650–11000 nm spektriniame diapazone. Jei raudonu lazeriniu diodu (650 nm bangos ilgis) pašviesime į delną, kitoje plaštakos pusėje matysime jo išsklaidytą šviesą. Taigi, audiniai – skaidrūs, bet pakankamai stipriai išbarsto šviesą, todėl nebegalime ryškiai pamatyti vidinės audinių struktūros. Bet ta pati šviesa, nusklidusi iki organo, kuris ją sugeria, dėl lokalaus pašildymo gali sukurti slėgio šuoliuką, kurį kaip akustinę bangą mes galime „pamatyti“. Tai yra fotoakustinio vaizdinimo esmė“.

Lazerinių technologijų įmonės „Ekspla“ serviso inžinierius Dr. Vytautas Kavaliūnas priduria: „bandinys apšviečiamas labai koncentruotu lazerio spinduliu. Molekulės reaguodamos į šviesą, sugeria energiją ir plečiasi, sugeneruodamos aukšto dažnio akustinę bangą. Tokį ultragarsą užregistruoja ultragarso detektoriai. Šis metodas pranašesnis už ultragarsinį tyrimą, kadangi gaunami labai aukštos raiškos trimačiai vaizdai“.

Ultragarso įrenginiu galima stebėti kraujagyslių sistemas, jeigu jų skersmuo ne mažesnis nei vienas milimetras. Fotoakustikos metodu įmanoma analizuoti kapiliarus, kurių storis tesiekia dešimtąsias ar net šimtąsias milimetro dalis. Taip medikai ir mokslininkai tiria kraujagyslių formavimosi procesą, kuris gali užtrukti savaites ar mėnesius. Taip pat ir vėžinių darinių kraujotakos sistemos evoliuciją. Vėžiniai dariniai suformuoja savo maitinimo sistemą iš smulkių kapiliarų. Galima matyti kaip tie kapiliarai vystosi ir kaip vystosi vėžinės ląstelės, ieškant būdų kaip su tuo kovoti. Turimos tyrimų priemonės to negali atlikti arba yra labai brangios.

Ši sistema kur kas pigesnė ir turi keletą kitų esminių privalumų. Lazeris matuoja tiriamus darinius ne tik kūno paviršiuje, bet ir kelių centimetrų gylyje. Be to, šviesa, kuria apšvitinamas bandinys, yra skirtingų spalvų. Kadangi  įvairios molekulės skirtingų spalvų šviesą sugeria nevienodai, jas galima atskirti registruojant ultragarso stiprumą. Iš pradžių fotoakustikos metodu buvo stebimos kraujo ląstelių deguonies įsisotinimo tendencijos. Priklausomai nuo to, kiek deguonies įsisavina kraujas, kraujagyslės skirtingai sugeria energiją ir tai leidžia įvertinti deguonies įsisavinimo efektyvumą.

 

Lietuvos mokslo indėlis

Kuriant šias diagnostikos sistemas, Europos Sąjungos konsorciume PAMMOTH, o vėliau projekte AGATA dalyvavo ir Lietuvos mokslininkai. Jų tikslas – sukurti ir ištobulinti naujas diagnostikos priemones nustatyti krūties vėžiui ankstyvose stadijose. Toks prietaisas beveik realiu laiku radiologui pateikia visos krūties erdvinius vaizdus. Ultragarsu radiologas gali vizualizuoti anatominius navikų požymius ir jų dydį, o naudodamas derinamo bangos ilgio fotoakustinį vaizdinimą mato naviko kraujagysles. Tokiems tyrimams „Ekspla“ mokslininkai sukūrė derinamo bangos ilgio lazerinį šaltinį. „Sistema unikali, nes ji yra viena iš didžiausią impulso energiją turinčių derinamo bangos ilgio lazerinių sistemų pasaulyje. Vienalytis ir efektyvus krūties apšvietimas leidžia aptikti krūties vėžį labai ankstyvoje stadijoje, nustatant tipinį besiformuojantį naviko kapiliarinį tinklą“, – sako „Eksplos“ generalinis direktorius Aldas Juronis. Pasinaudodama ilgamete patirtimi kuriant ir gaminant derinamo bangos ilgio didelės energijos lazerius, „Ekspla“ pristatė „PhotoSonus“ serijos lazerių šaltinius, kurie skirti naudoti pažangiausiose fotoakustinėse vaizdinimo sistemose.

 

Ne tik onkologija

Metodą galima taikyti ir artrito diagnostikoje. Sąnarių uždegimo metu formuojasi kapiliarinės sandaros tose vietose, kurias galima neinvaziniu būdu nustatyti ankstyvoje stadijoje ir pradėti gydyti. Vaizdžiai sakant, toks šviesos impulso smūgis priverčia ląsteles „surikti“, bet to nereikia bijoti. Jis visiškai nekenksmingas, nes šviesos impulso, kuriuo sužadinama ląstelė, trukmė tesiekia kelias nanosekundes. Ląstelė išsiplečia ir staigiai susitraukia, sugeneruodama labai aukštą dažnį.

Sistema susideda iš trijų pagrindinių dalių. Didelio dažnio šviesos šaltinio – lazerio, skleidžiančio įvairių bangos ilgių šviesą; ultragarsinio daviklio , ląstelių atsaką paverčiančio elektros impulsais ir elektroninės grandinės, kuri surinktą informaciją apdoroja ir paverčia suprantama personalui. Fotoakustinis vaizdinimas yra labai efektyvus, ne tik diagnozuojant krūties navikus, odos vėžį, skydliaukės mazgelius, osteoartritą, reumatoidinį artritą, ankstyvas kraujagyslių ir daugelio kitų ligų stadijas.

Daugiau apie unikalų diagnostikos metodą sužinosite, apsilankę dr. Vytauto Kavaliūno paskaitoje „Fotoakustika – ateities diagnostikos būdas vėžiui“  rugsėjo 16 d. 12 val. VU Teatro salėje (Universiteto g. 3, Vilnius).
Būtina išankstinė registracija https://www.mokslofestivalis.eu/renginiai/