ЭПР в медицине, применение ЭПР в медицине, спектрометр ЭПР - Лабрадор - ЭПР спектрометр X-диапазона

ЭПР в медицине, применение ЭПР в медицине, спектрометр ЭПР

Спектрометр ЭПР для медицинского применения

Альбумин как основа диагностики рака методом ЭПР

Известно, что одним из наиболее надежных и достоверных способов диагностики онкологических заболеваний являлось выявление так называемых онкомаркеров или другими словами веществ, выделяемых опухолью в процессе роста. Первый успех в этом направлении принадлежал американскому врачу Джозефу Голду, который в 1965 году выявил в крови пациентов с раком толстой кишки вещество, названное карциноэмбриональный антиген (CEA). В конце 1970-х уже были испытаны тесты для определения нескольких видов рака. Однако выявить ранние стадии рака этот метод позволяет далеко не всегда. Практически у каждого человека можно обнаружить в составе крови некоторое количество онкомаркеров, в то время как значительное повышение их уровня нередко наблюдается на более поздних стадиях, когда опухоль уже развита. Методики, которая позволяла бы делать скрининг большого количества людей, недорогой, эффективной и не сложной, до последнего времени не было.

К концу 90-х годов у ученых возникла мысль использовать для обнаружения рака свойства хорошо известного белка альбумина, который синтезируется в печени и составляет примерно 60% всех белков плазмы крови. Этот белок отвечает за  перенос  нерастворимых в воде веществ к клетках, таких как жирные кислоты, билирубин, лекарственные препараты. Всего одна молекула альбумина, может одновременно связать 25—50 молекул билирубина. При данном переносе сам белок также меняет свою структуру. В рамках многолетних исследований было доказано, что низкомолекулярные вещества в крови могут отражать патологические изменения в тканях. Альбумин в данном случае является в некотором смысле отражением состояния всего организма. Это свойство белка и послужило основой для нового способа диагностики рака с использованием спектрометров электронного парамагнитного резонанса. Раковые клетки синтезируют определенные вещества, которые связываются с альбумином. У ученых возникла идея, анализируя молекулы данного протеина, диагностировать онкозаболевания. В организме человека альбумин обновляется в течение 19 дней, поэтому результаты теста отражали бы практически реальную картину состояния человека. После успешных операций по удалению опухоли параметры альбумина «приходят в норму» также через 2—3 недели — то есть диагностику можно делать в динамике.

Делать «снимки» молекул белка было предложено с помощью аппарата, построенного на принципе электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Этот эффект еще во время Великой Отечественной войны обнаружил в ходе экспериментов выдающийся советский физик Евгений Завойский. Создание метода считается одним из важнейших событий в физике XX столетия. Академик Российской академии наук Виталий Гинзбург полагает, что открытие Завойского вполне заслуживало Нобелевской премии, и она не была получена Завойским лишь по причине того, что он работал в закрытой Московской лаборатории измерительных приборов АН СССР. Напомним, что Гинзбург сам является лауреатом Нобелевской премии, так что его словам можно верить. В дальнейшем Завойский использовал ЭПР для создания приборов. Его изобретение дало толчок образованию и развитию научных центров по всему миру.

Сегодня ЭПР-спектрометры  — один из основных инструментов для определения, если сильно упростить, состава молекул. Собственно, сами по себе спектрометры уже не являются новостью, но без такого прибора у ученых, которые взялись за изобретение нового медицинского прибора, ничего бы не получилось.

Самым уникальным в новой методике стало программное обеспечение, которое смогло оценивать результаты анализа альбумина, отделяя здоровых людей от больных и перенастраивая сам спектрометр, чтобы делать диагностику более точной.

В окончательном виде идея была оформлена целой группой ученых, в том числе белорусскими профессорами Муравским и Машевским, а также немецкими — Маттесом и Зайбтом. Методика получила условное название MMS-теста (Mobility of Molecular Structure). Патент в Германии на нее был выдан еще в 2001 году. С 2003 года авторы метода опубликовали массу статей в ведущих западных научных изданиях. Очень большой вклад в разработку ПО был внесен Институтом медицинской физики и биофизики университета Лейпцига — последний сейчас становится одним из основных немецких университетов по этому направлению наряду с Мюнхенским. Не последняя роль в проекте принадлежит и Белорусскому государственному университету. Как видно, речь идет о в полном смысле слова международной разработке. Для дальнейшего развития темы ученые создали фирму, которая и занялась созданием серийного образца в пригороде Берлина. Вскоре при помощи MMS-теста удалось обнаружить первые признаки злокачественного процесса у 75 человек. Метод выявил специфичные для онкологии нарушения функциональности альбумина за 12 месяцев до обычного момента диагностирования опухоли.В России разрешено использование метода уже с 2009 года.

Как выглядит работа аппарата на практике? Из взятой у пациента крови в специальной центрифуге выделяют плазму, которая в основном и состоит из альбумина. Проба смешивается с радиоактивной меткой — молекулой одной из жирных кислот, имеющей в своем составе свободный радикал. Реакция альбумина, «свободного» от тех или иных маркеров, известна и служит образцом. В свою очередь белок, несущий на себе определенные вещества, меняет свойства и реагирует по-другому. Образцы подвергаются исследованию на электронном парамагнитном анализаторе (ЭПР) — приборе, который позволяет измерить концентрацию переносимых альбумином маркеров. Рост или снижение их концентрации позволяет судить о патологических изменениях в организме.