Как высокая температура помогает бороться с раком? При чём тут наночастицы и лазеры? О необычном способе лечения онкозаболеваний рассказала саратовцам инженер-физик Анастасия Фроня. Открытую лекцию и интерактивное занятие эксперта организовал 14 мая Информационный центр по атомной энергии (ИЦАЭ) Саратова в рамках федерального проекта «Энергия науки».

Анастасия Фроня – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры полупроводниковой квантовой электроники и биофотоники Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ, старший научный сотрудник Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН).

Лекцию «Гипертермия как метод лечения онкологических заболеваний» эксперт начала с рассказа о биомедицине: «Задача современной медицины заключается в том, чтобы продлить срок жизни человека, научиться как можно более качественно и на ранних стадиях диагностировать самые различные заболевания и искать методы и подходы для лечения эффективного наиболее, чтобы продлить человеку активный образ жизни. Именно этим занимается биомедицина».

Анастасия отметила, что современная биомедицина включает много отраслей и является мультидисциплинарной. В разработках различных методов диагностики и лечения участвуют не только врачи и фармацевты, но и биологи, химики, IT-специалисты и физики.

Одно из важных направлений биомедицины – онкологические заболевания. Они занимают одно из лидирующих мест по количеству выявляемых заболеваний. Поэтому здесь перед специалистами стоят задачи: научиться диагностировать как можно раньше; разрабатывать разные методы и подходы в терапии. На это есть своя причина: «Есть химиорезистентные, радиорезистентные опухоли, когда бессмысленно использовать химические препараты или радиотерапию. В таких случаях учёные используют другие виды физических воздействий, которые помогают справляться с заболеванием», – объяснила кандидат физико-математических наук.

Один из таких видов физического воздействия – высокая температура. «Мы знаем, что примерно 40°C – критическая температура, которая требует неотложной помощи», – начала рассказ Анастасия Фроня. Она отметила, что при температуре 40-45°C в организме начинают происходить необратимые процессы: «Первый из них – ускорение метаболизма. В этот момент возрастает количество активных форм кислорода, вредных для нас. Они начинают разрушать мембрану клеток и различные её составляющие части. Из-за этого повреждаются белковые структуры, самая главная из которых – ДНК. При разрушении ДНК клетка восстановиться уже не сможет, и она гибнет».

Такую критическую температуру 40-45°C, при которой клетки начинают погибать, учёные используют как метод лечения заболеваний – гипертермию. Гипертермия имеет несколько видов: общая, при которой нагревается всё тело (кроме головы), регионарная, при которой нагревается определенная анатомически ограниченная область, и локальная (местная), при которой тепло подаётся в ограниченный небольшой участок. Также есть комбинированная терапия, при которой гипертермия сочетается с другими видами терапий, например, химиотерапией.

Цель современной гипертермии – затронуть как можно меньшую область, чтобы не воздействовать на другие здоровые ткани, и при этом создать там как можно большую температуру.

Способы генерации тепла при гипертермии тоже отличаются. Одно из первых – электромагнитное воздействие, включающее радиочастотный диапазон, СВЧ-диапазон, свет. Второй вид воздействия – ультразвуковой, который чаще всего используется с дополнительными сенсибилизаторами, усиливающими воздействие. Ещё один вид воздействия – перфузия – нагревание потоков жидкости, протекающих внутри организма, внешними источниками тепла. Эти потоки жидкости курсируют по организму и воздействуют на конкретную область. Последний способ создания гипертермии – тепловой поток – нагретое вещество передает тепло в организм.

Гипертермия в комбинированной терапии показывает эффективность в сочетании с отдельными видами химиотерапии, отметила Анастасия Фроня: «При использовании химиотерапии воздействие тепла на области, где находится опухоль, увеличивает эффективность действия препарата примерно в 2,5 раза». Это позволяет уменьшить количество процедур химиотерапии. Однако при такой комбинированной терапии важно понимать, что все заболевания уникальны, а препараты химиотерапии разные – не для каждого подойдёт сочетание с гипертермией.

Одним из перспективных методов локальной гипертермии – фотогипертермия. Она позволяет значительно повысить температуру на ограниченном небольшом участке тела. Метод использует одновременно лазерное излучение и сенсибилизаторы, свойства которых позволяют локализовать воздействие и значительно уменьшить длительность процедуры.

«Мы знаем, что свет достаточно хорошо проникает через кожные покровы, – поясняет спикер. – Излучение в диапазоне 600-750 нанометров может проникать на глубину до 5 мм, и это очень хороший эффект, который позволяет использовать лазерное излучение». В биологических тканях есть «терапевтическое окно», в рамках которого лазерное излучение хорошо проникает вглубь биологических тканей и не вызывает никаких биохимических процессов со стороны организма.

Для процедуры чаще всего используются полупроводниковые лазеры. В качестве сенсибилизаторов исследуется все разнообразие наночастиц: металлические, полупроводниковые, композитные, в виде чистых веществ и соединений. Отдельной важной задачей является поиск доступных, биосовместимых и биоразлагаемых сенсибилизаторов для фотогипертермии. Одним из кандидатов для такого применения является полупроводниковый элемент германий.

Анастасия Фроня подробнее рассказала о том, как учёные вводят сенсибилизаторы в организм различными способами. Отдельно физик уделила внимание наночастицам, которые используют при фотогипертермии: золота, кремния, германия, а также их сочетаниям.

Слушателями лекции стали студенты физических и медицинских направлений, а также старшеклассники с естественно-научным и техническим профилем. Ученица Лицея-интерната естественных наук Елизавета Каменьщикова, поделилась впечатлениями от лекции: «Я узнала много нового об этом направлении терапии, и о том, как учёные работают над ним. Они действительно прилагают много усилий, и я надеюсь, что через 10-20 лет этот метод терапии пройдёт все испытания и начнёт использоваться для лечения людей. Я учусь на химико-биологическом направлении, и захотелось профессионально углубиться в эту тему в будущем».

Лекции популяризаторов науки привлекают к себе внимание и учёных-профессионалов. Так, доцент Института физики СГУ Вадим Генин рассказал, что по итогам лекции обменялся со спикером контактами и зарядился на дельнейшую научную работу: «Я сам занимаюсь гипертермией, поэтому, конечно, мне с самого начала было интересно послушать лекцию. Мы обменялись с Анастасией Фроней профессиональными контактами, так что, возможно, это знакомство выльется в какие-то совместные проекты в будущем. Любые научно-популярные лекции важны не только для того, чтобы люди узнали что-то новое, но и для получения определённого заряда от аудитории, в каком-то смысле мотивации работать дальше. С этим вы справляетесь на 100%».

После лекции Анастасия Фроня провела для гостей интерактивное занятие по фотогипертермии. Участники посмотрели на мир через тепловизор и провели небольшие опыты с нагревом различных смесей и порошков от фонарика и тепла тела.

«Энергия науки» – проект сети ИЦАЭ, призванный знакомить жителей регионов с новейшими научными открытиями и идеями, чтобы сформировать у аудитории широкую картину современной научной жизни.