ЛАЗЕР: АТАКА НА ОПУХОЛЬ

ЛАЗЕР: АТАКА НА ОПУХОЛЬ

Новый этап борьбы со злокачественными опухолями может открыть медикам использование инфракрасных лазеров, настроенных на определенные длины волн излучения. Совместная разработка такого прибора, обладающего необходимыми параметрами, была реализована исследователями лаборатории нанобиотехнологий Академического университета и компанией НТО <ИРЭ-Полюс> (г. Фрязино, Московская область).
Об этой большой работе мы беседуем с научным сотрудником лаборатории Владимиром Клименко.

- КАК ВЫ, ВЛАДИМИР, ВЫШЛИ НА ЭТУ ТЕМУ?

- Тут надо начать с предыстории. Существует такая стандартизованная методика в медицине - фотодинамическая терапия опухолей. Она  в основном используется в онкологии. Изначально такая методика применялась для поверхностных локализаций опухолей - при раке кожи. Дальше пошло бурное распространение на различные другие локализации. Это направление зародилось еще в начале прошлого века и стало бурно развиваться в 60-х годы, когда появился класс фоточувствительных веществ, которые могут накапливаться в опухолевых клетках. Эти вещества под воздействием света позволяли, как катализатор, активировать кислород, который уже в дальнейшем повреждал, окислял опухолевые клетки. Ныне это стандартная методика...

- ...И СВИДЕТЕЛЬСТВО ПРОГРЕССА В МИРОВОЙ МЕДИЦИНЕ?

- Можно сказать и так. Появился новый метод, который может перевести лазерное излучение - новое направление в физике и в медицине - как излучение терапевтическое. Теперь мы можем воздействовать на опухоль - светом. Это бурно развивается, появляются новые сенсибилизаторы, менее фототоксичные для кожи да к тому же с более низким порогом накопления в организме. И так это продолжается по сей день, стало сегодняшним трендом.

- И В ЧЕМ ЖЕ НОВИЗНА ТОГО, ЧТО ВЫ ДЕЛАЕТЕ?

- Наступает момент, когда надо идти дальше. И мы решили сделать нечто более прогрессивное и эффективное в этом направлении. Такую задачу поставил передо мной мой научный руководитель Михаил Владимирович Дубина. Задача состоит в том, чтобы  отказаться от всех этих сенсибилизаторов и найти новый способ для повреждения опухолевых клеток просто за счет лазерного излучения, чтобы оно напрямую воздействовало на опухоль, вызывая окисление клеток.

- А РАНЬШЕ ТАКИЕ ПОПЫТКИ НЕ ПРЕДПРИНИМАЛИСЬ?

- Попытки были, но неудачные. И если у кого-то спросить про данную методику, кто работает с фотодинамической терапией, они определенно скажут насчет таких попыток: не тратьте зря время, все равно у вас ничего не получиться.

- ПОЧЕМУ НЕ ПОЛУЧИТСЯ?

- Да потому что многие уже до этого имели опыт, но - с другими лазерами, меньшей мощности, с неотработанными режимами облучения. Поэтому у них ничего не получалось.

- НА ЧТО ЖЕ ВЫ СДЕЛАЛИ СТАВКУ?

- На то, что технический прогресс меняет ситуацию. Мы сделали ставку на создание нового класса лазеров с определенными характеристиками. И решили в новых условиях сначала - с физической и химической точки зрения понять, как это может быть реализовано, а на следующем этапе перейти к непосредственной реализации в биологическом эксперименте. То есть, сначала должен появиться прибор, а потом на его основе пройти испытания. Мы пришли к выводу, что изначально у нас не получалось реализовать это вследствие неподходящей длины волны лазерного излучения и неправильно поставленного эксперимента. Мы поменяли план его проведения и усовершенствовали нашу технику. Сейчас мы используем другой лазер компании IPJ Photonics (НТО "ИРЭ-Полюс".) - это волоконный лазер, имеющий максимум излучения на длине волны 1273 нанометра, ширину пика около 1 нанометра и максимальную оптическую мощность до 20 ватт.

- И НА КАКОМ ЭТАПЕ ВЫ НАХОДИТЕСЬ СЕЙЧАС?

- Нам пришлось пройти длинный путь от неорганических растворов, в которых мы анализировали эффективность данного лазера, как он активирует молекулярный кислород, переводя его в синглетное состояние. Для этого использовался метод химических ловушек и спектрофотометический метод для оценки эффективности. Здесь мы показали, что в водном растворе, который близок к биологической среде, можно добиваться достаточной генерации этого активного кислорода. И мы посчитали, что в принципе этот эффект может сработать на опухолевых клетках. То есть, можно наверняка добиться эффекта, на который нацелил нас руководитель. В биологических экспериментах мы показали, что сфокусированное лазерное излучение 1273 нанометра может приводить к гибели опухолевых клеток, вызванной именно образованием активного кислорода. Пока эти эксперименты проведены в условиях in vitro (в пробирке), но мы также планируем проведение дальнейших исследований на животных.

- ПРАВИЛЬНО ЛИ Я ВАС ПОНЯЛ:  ТЕ, КТО ПРЕДРЕКАЛ ВАМ НЕУСПЕХ, НЕ УЧИТЫВАЛИ, ЧТО ЛАЗЕР, КАК ИНСТРУМЕНТ ЭКСПЕРИМЕНТА, БЫСТРО РАЗВИВЕТСЯ, ОБРЕТАЕТ НОВЫЕ КАЧЕСТВА, СТАНОВЯСЬ БОЛЕЕ ТОНКИМ И ПОДВИЖНЫМ В КАКИХ-ТО ЭКСПЕРИМЕНТАХ?

- Да, верно... Хотя все равно остаются какие-то сомнения и в наших поисках. Они заключаются в том, что в месте облучения могут проявляться сильные термические эффекты. Это может привести к тому, что наряду с повреждением опухолевых тканей могут пострадать и ткани здоровые.

- НЕУЖЕЛИ ИХ НЕВОЗМОЖНО ЗАЩИТИТЬ?

- Надеемся, что выход есть. И заключается он в использовании не постоянного, а импульсного режима облучения и выработке определенных параметров облучения. Это уменьшит вероятность термического повреждения ткани. Наша цель - не обжигать опухолевые клетки  (что можно сравнить с их удалением хирургическим путем), а запускать в них механизм апоптоза - программу запрограммированной гибели клеток. Действуя через определенные сигнальные пути, эта программа вызывает каскад реакций, которые приводят к тому, что опухолевая клетка начинает сама себя уничтожать.

- ВПОЛНЕ ЛИ СООТВЕТСТВУЕТ ТЕХНИКА, НА КОТОРОЙ ВЫ РАБОТАЕТЕ, УРОВНЮ ВАШИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ?

- Техническое оснащение соответствует всему, что мы делаем. Пока только порой мозгов не хватает (смеется).
Владимир Клименко - ученый, по меркам прежних времен, комсомольского возраста. Школу он закончил в пятнадцать лет. Потом учился на кафедре нанотехнологий физико-технического факультета Политехнического университета. С дипломами бакалавров почти вся группа, где он учился, перешла в 2009 году в Академический университет. Здесь в лаборатории нанофотоники Владимир познакомился с физикой лазеров, выбрав это направление темой своей диссертации на соискание степени магистра. Защитившись с красным дипломом, молодой исследователь, по его словам, "решил поискать новое направление для работы", заинтересовавшись применением физических методик для усовершенствования медицинских технологий. Так стал он сотрудником лаборатории нанобиотехнологий, которая переживала тогда стадию становления. "Часть приборов меня ждала, а часть появилась при мне", - сказал Владимир Клименко.

Его статья об экспериментах по использованию в медицине импульсного режима лазерного облучения появилась в международном научном журнале "Photodiagnosis and Photodynamic Therapy " (США) и вызвал интерес среди коллег.

- И КАКАЯ РЕАКЦИЯ, ВЛАДИМИР, НА ТО, ЧТО ВЫ ДЕЛАЕТЕ?

-  Отзывы разные. Есть одобрительные, заинтересованные, а есть и критические. Но так и должно быть, это нормально. В спорах рождается истина.

P.S.
Статья: Klimenko V.V., Knyazev N.A., Moiseenko F.V., Rusanov A.A., Bogdanov A.A., Dubina M.V.  Pulse mode of laser photodynamic treatment induced cell apoptosis, Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, (2016) Vol. 13, p.101-107. Ссылка на статью: DOI: 10.1016/j.pdpdt.2016.01.003

ООО НТО <ИРЭ-Полюс> входит в международную группу компаний IPG Photonics, являющуюся мировым лидером в области разработки и производства уникальных волоконных лазеров и усилителей различного назначения.

Фоторепортаж Юрия Белинского

Текст Олега Сердобольского