Ученые из разных сфер объединились для адаптации астрофизических методов моделирования взаимодействия света с веществом к задаче поиска и лечения опухолей. Авторы продемонстрировали возможность использования созданных для изучения задач переноса излучения в космосе программ в области диагностики и терапии меланомы при помощи наночастиц. Доклад с результатами работы был зачитан на съезде Королевского астрономического общества Великобритании.
Стандартной задачей в астрофизике является проблема переноса излучения, то есть перемещения энергии в виде электромагнитных волн и ее взаимодействие с материей. Подобные вопросы встают в самых разных ситуациях, таких как звездные атмосферы или межзвездные туманности. В этих случаях необходимо учитывать такие процессы как излучение, поглощение и переизлучение света различных частот разнообразными компонентами среды. В частности, это позволяет выяснить состав вещества в глубине тел.
В большинстве случаев из-за множества факторов и сложной формы объектов невозможно в явном виде решить получающиеся уравнения, поэтому используются численные методы решения, которые реализуются при помощи специальных программ. Одним из таких продуктов является код Torus, созданный астрофизиками из Эксетерского университета в Великобритании.
Посмотрите нашу галерею медицинских технологий будущего.
Недавно авторы этого программного обеспечения добавили в него возможность просчитывать прохождение света сквозь живую плоть. Для этого не потребовалось переписывать всю программу, так как, несмотря на огромную разницу в масштабах, физические законы взаимодействия остаются теми же самыми. Благодаря этому по-прежнему возможно получение аналогичных результатов, например, об оптических свойствах ткани, которые должны меняться в случае появление новообразования.
Этой возможностью в сотрудничестве с авторами программы решил воспользоваться Чарли Джейнс (Charlie Jeynes). Его идея заключается в использовании астрофизических методов моделирования для оптимизации диагностики и лечения рака кожи золотыми наночастицами и другими методами персонализированной медицины.
Терапия опухолей наночастицами развивается в рамках концепции тераностики — медицинского подхода, объединяющего персонализированную диагностику и терапию.
Следуя этой идее, один препарат должен одновременно помогать выявить недуг и помочь избавиться от него, при этом будучи адаптированным под конкретного пациента.
Среди прочего медики надеются, что наночастицы помогут в диагностике и лечении онкологических заболеваний. Предполагается, что они смогут играть как роль контрастного агента, позволяя выявить на изображениях пораженную заболеванием ткань, так и будут отвечать за ее уничтожение, рассеивая свет и убивая клетки вблизи себя нагревом. Для этого, однако, необходимо точно понимать, сколько энергии света попадет на заданную глубину в тело человека, что требует реалистичного моделирования тканей человека с учетом их структуры, морфологии, различных компонентов и других параметров.
Также ученые собираются применять астрономические методы для разработки активируемых светом лекарств, которые высвобождают активное вещество при получении определенного электромагнитного сигнала, а также для улучшения диагностики рака груди, что становится возможным благодаря крошечным скоплениям кальция, создаваемым пораженными клетками. Изменение длины волны проходящего сквозь такие отложения света может стать новым быстрым и неинвазивным диагностическим методом, который позволит снизить необходимость в биопсии.
«Достижения в фундаментальных науках никогда не должны рассматриваться как что-то происходящее в изоляции, — говорит Джейнс. — Астрономия в этом смысле не является исключением: созданные в ее рамках открытия и технологии пригодятся обществу, несмотря на невозможность предсказать это заранее. Наша работа является примером этого, и я искренне рад, что мы помогаем нашим коллегам-медикам вести войну против рака».
Ранее ученые создали нейросеть, которая может помочь снизить дозу излучения при компьютерной томографии, а новый алгоритм помог радиологам найти аневризму в головном мозге.
Тимур Кешелава
Читайте также: Астронавты впервые отредактировали геном в космосе
