Инновации 23 Сентября 2021

«Феникс», сжигающий опухоль

Российские ученые и хирурги проводят клинические испытания уникального прибора для лечения рака костей. Комплекс локальной гипертермии «Феникс-2», нагревающий раковые опухоли, создан на кафедре промышленной электроники Томского университета систем управления и радиоэлектроники в тесном взаимодействии со специалистами НИИ онкологии Томского НИМЦ и не имеет ни российских, ни зарубежных аналогов
«Феникс», сжигающий опухоль
Поверхностные и игольчатые нагреватели комплекса локальной гипертермии «Феникс-2» обеспечивают нагрев опухоли на любой глубине, подавляя очаг опухоли и метастазы, практически не затрагивая здоровую ткань
Фото предоставлено Денисом Пахмуриным

Поверхностные и игольчатые нагреватели обеспечивают нагрев опухоли на любой глубине, подавляя очаг опухоли и метастазы и практически не затрагивая здоровую ткань. Особая запатентованная конструкция обеспечивает нагревание опухоли в строго ограниченных областях, а использование постоянного тока вместо СВЧ-излучения снижает до минимума влияние этой процедуры на организм в целом. Технология уже сейчас демонстрирует хорошие результаты, с ее помощью можно проводить лечение без последующего протезирования. Комплекс локальной гипертермии (КЛГ) «Феникс-2» получил официальное право применения в лечебных учреждениях.

Об истории создания КЛГ «Феникс-2», его преимуществах и перспективах «Стимулу» рассказал один из его разработчиков заведующий лабораторией биомедицинских технологий ТУСУРа Денис Пахмурин. Прибор разрабатывают с 2007 года. Начинали, как это обычно происходит в научной деятельности, с оценки того, что сделали другие.


ПАХМУРИН.jpg
Один из разработчиков комплекса локальной гипертермии «Феникс-2», заведующий лабораторией биомедицинских технологий ТУСУРа Денис Пахмурин
Фото предоставлено Денисом Пахмуриным

«Мы выяснили, — говорит исследователь, — что остальные проекты в основном связаны с воздействием СВЧ-излучения, очень много материалов по СВЧ-нагреву и по оценке того, как излучение влияет на организм. Изучив эту область, мы пришли к выводу, что на опухоль СВЧ-нагрев воздействует, но есть целый ряд проблем».

Во-первых, по словам Дениса Пахмурина, СВЧ-поле отрицательно влияет на пациента, то есть фактически человека помещают в микроволновку. Во-вторых, эти волны плохо влияют и на персонал, который находится рядом. В-третьих, возникают сложности с фокусировкой, нужны большие антенны. Обычные антенны — это излучатели около двадцати сантиметров в диаметре, но для точной фокусировки такого размера мало.

«Поэтому фактически получается, что излучатель сверху, приемник снизу, пациент ложится на стол, и идет поток СВЧ в рамках этого цилиндра, — поясняет Денис Пахмурин. — То есть он эти двадцать сантиметров и получает, и о конкретной локальной гипертермии речи не идет. Кроме того, нужно экранированное помещение. К тому же у излучателя большая потребляемая мощность. И мы решили пойти по другому пути — задействовать постоянный ток. Но он не через пациента проходит, а через нагреватель. И уже от нагретого элемента идут тепловые поля в организм. То есть, проще говоря, мы прикладываем грелку. Но вопрос в том, какая это грелка».

Сжечь больные клетки

Первоначально проект был рассчитан на мягкие ткани, и исследователи сделали акцент на игольчатые нагреватели. Температура воздействия — 45 °С. Они бывают разной длины, от 7 до 15 сантиметров, и есть возможность воздействовать практически на любую глубину. Эти нагреватели вводятся вокруг опухоли, в пределах здоровых тканей. Опухоль разработчики решили не беспокоить, чтобы не стимулировать ее рост и метастазирование.

«Когда мы делаем локальную гипертермию, — говорит Денис Пахмурин, — то это курсовая терапия. Мы установили иглы, погрели, через два-три дня еще раз погрели, и так четыре-пять раз. Дело в том, что все клетки находятся в разной стадии развития. И это температурное воздействие влияет только на определенную стадию. То есть мы погрели, воздействовали на те клетки, которые в нужной стадии. Потом еще раз повторяем, уже на другие воздействуем. Это один момент. Второй момент: если греть каждый день, возникает терморезистентность, клетки перестают отвечать на тепло, привыкают».

Сначала исследователи работали сами, а потом обратились в Томский НИИ онкологии, провели опыты на животных, получили хорошие результаты. Положительные эффекты выросли в разы. Снизилось метастазирование, стал уменьшаться объем первичного опухолевого очага, его масса, и всё это при сниженной раза в два дозе химиопрепарата. В результате меньше побочных эффектов, ниже стоимость лечения, химиотерапия легче переносится и больше пациентов могут ее получить.

magnifier.png «Мы решили пойти по другому пути — задействовать постоянный ток. Но он не через пациента проходит, а через нагреватель. И уже от нагретого элемента идут тепловые поля в организм. То есть, проще говоря, мы прикладываем грелку. Но вопрос в том, какая это грелка»

«Но потом в НИИ онкологии нам предложили попробовать сосредоточиться на лечении злокачественных образований в костной ткани, — говорит Денис Пахмурин. — Сейчас на костях применяется наш поверхностный нагреватель. Мы ничего не меняли с точки зрения конструкции, только сделали их побольше. И используем интраоперационно в режиме термоабляции при температуре 65‒80 градусов Цельсия».

Во время операции осуществляют разрез мягких тканей, их раздвигают и накладывают нагреватели на пораженный участок кости. Далее в течение примерно сорока минут хирурги отдыхают, идет нагрев. Потом все снимается и ушивается.

«Мы воздействуем сейчас на опухоли, которые расположены посередине кости, — поясняет исследователь. — Существует такое понятие — диафиз. Если представить кость, у нее есть толстые концы и более тонкая середина. Так вот, более тонкая середина как раз и называется диафиз. Почему мы не воздействуем на толстые суставные концы — эпифизы? Там расположены ткани суставов, которые не отодвинешь, соответственно, они просто повредятся под воздействием высокой температуры и уже не восстановятся. А кость теоретически может восстановиться. Но даже если она вдруг не восстановится, ее можно укрепить, и ничего страшного не будет».

Сейчас ученые проводят эксперименты, чтобы изучить влияние прибора на механические свойства костей. Работа с анализом полученных данных проводится в университетской лаборатории съема, анализа и управления биологическими сигналами. Исследователи наблюдают, как распределяется тепловое поле в костной ткани, как изменяются прочностные характеристики в зависимости от температуры и динамики нагрева. Следующая задача — обработать эти данные для определения рекомендаций по оптимальному использованию метода в максимально щадящем режиме без ущерба эффективности лечения.

Остановить опухолевый процесс

Пока при помощи оборудования пролечили 15 человек. Одна из пациенток — 25-летняя девушка, студентка томского вуза. Врачи ставили ей диагноз «саркома большеберцовой кости». Если бы не «Феникс-2», ей бы пришлось удалить примерно 20 сантиметров кости, заменить коленный сустав на искусственный.

Сейчас у нее стойкая ремиссия, а могла бы быть массивная металлическая конструкция в ноге. Говорить об окончательном выздоровлении и расставании с врачами, разумеется, пока рано, но уже сейчас девушка может нормально передвигаться и ничем не отличается от однокурсников, с которыми уже второй год ходит на занятия и вечеринки.

magnifier.png «В НИИ онкологии нам предложили попробовать сосредоточиться на лечении злокачественных образований в костной ткани. Сейчас на костях применяется наш поверхностный нагреватель. Мы ничего не меняли с точки зрения конструкции, только сделали их побольше. И используем интраоперационно в режиме термоабляции при температуре 65‒80 градусов»

Другой пациент приехал в Томск из Бурятии. В 36 лет у него была вторая стадия саркомы плечевой кости. Благодаря прибору ему тоже удалось остановить опухолевый процесс.

«При использовании нашего метода ничего не нарушается, — поясняет Денис Пахмурин. — Если опухоль в кости, то кость уже однозначно ослаблена. Бывают люди, которые попадают к нам на лечение с переломом. Очень часто только так и узнают об опухоли. Происходит перелом, делают рентген — а там злокачественное образование. Потому что опухоль разрушает кость, и она ломается. Опухолевая кость изначально менее прочная, чем здоровая, поэтому мы в любом случае будем укреплять кость, к примеру ставить штифт, в расчете, что все восстановится и потом штифт можно вынуть. Вообще, если провести нашу операцию, то пациента можно выписывать после того, как сняли швы, это дней десять. Если бы ему все это удаляли, реконструировали и так далее, то реабилитация проходила бы довольно долго».


АНИСЕНЯ.jpg
Старший научный сотрудник, врач высшей квалификационной категории отделения общей онкологии НИИ онкологии Томского НИМЦ РАН Илья Анисеня
Фото предоставил Илья Анисеня

На грани искусства

В настоящее время для лечения опухолей костной ткани в практической медицине применяется несколько методик, и все они связаны с нарушением анатомической структуры: от ампутаций, широких резекций с протезированием, лучевой терапией до прогрева в автоклаве с длительным процессом срастания после проведения реконструктивной операции. О проблемах лечения рака кости и о том, что может прибор томских ученых, «Стимулу» рассказал Илья Анисеня, старший научный сотрудник, врач высшей квалификационной категории отделения общей онкологии НИИ онкологии Томского НИМЦ РАН.

«К опухолевым поражениям костной системы относятся как первичные опухоли, так и метастатические, но если первичных не так много, один-два-процента, то метастатических существенно больше. К примеру, рак молочной железы в 60 процентах случаев с течением времени метастазирует в кости. При помощи современной химио-, таргетной терапии и прочих видов дополнительного лечения эту проблему удается решать, но лишь частично, за это время опухоль успевает разрушить костную ткань, и приходится прибегать к тем или иным вариантам хирургического воздействия. Часть опухоли устойчива к существующим лекарственным препаратам, к лучевой терапии», — говорит Илья Анисеня.

По словам онколога, консервативными способами часто не удается уничтожить опухоль либо во время воздействия на опухоль погибают рядом находящиеся здоровые ткани. В итоге эти процессы в костях до сих пор в большинстве случаев пытаются лечить хирургическим путем. Рассекается ткань, удаляется весь пораженный участок кости, чаще всего такие фрагменты достигают в длину 10‒15‒20 сантиметров и даже больше, что требует довольно сложных вариантов реконструкции этого участка. Сейчас есть доступ к современным эндопротезам, но они недешевы.

«Вообще, хирургический метод лечения высокотравматичен, и импланты, которые мы вынуждены устанавливать, дают со временем до 40 процентов осложнений. Упорно продолжаются поиски, мы ищем варианты материалов, покрытий, для того чтобы искусственные эндопротезы не отторгались, служили как можно дольше. То есть сам по себе метод все равно еще недостаточно совершенен», — считает Илья Анисеня.

Один из щадящих методов — термическое воздействие с использованием как сверхнизкой, так и высокой температуры. Эти способы дают не менее эффективные результаты, чем другие консервативные методы, такие как лучевая терапия. Так, некоторых пациентов лечат сверхнизкими температурами порядка минус 200 °С. Но этот метод тоже имеет свои ограничения, и требуется поиск новых вариантов.

magnifier.png Пока отрабатываются режимы: если будет недостаточное воздействие — случится рецидив, возобновление роста; если температура слишком высокая, погибнут и некоторые здоровые структуры. Попасть в нужную точку — это на грани искусства

Ряд специалистов остановились на высокотемпературном методе, термоабляции. Он не нов, его используют уже около двадцати лет, но его применяют точечно, с помощью электрозондов, которые вводят в отдельные точки, и там достигается необходимая температура — 80, 90, 100 градусов. Но это точечное воздействие, которое дает лишь временный эффект и не претендует на радикальность. Это лишь временное оказание помощи в лечебных целях, чтобы немножко уменьшить опухоль.

И хирурги Томского НИИ онкологии задались вопросом, как проводить высокотемпературную термоабляцию в радикальном объеме, в таком объеме, который мог бы полностью заменить хирургическую резекцию кости. Идея появилась более десяти лет назад, однако реализовать ее на оборудовании, которое имелось на тот момент, было практически невозможно.

«С этой идеей мы обратились в ТУСУР. к нашим электронщикам, — рассказывает Илья Анисеня, — они пошли нам навстречу и за несколько лет разработали аппарат “Феникс-2”, который позволил бы нашу идею реализовать. Электроды были сделаны таким образом, что их можно достаточно удобно установить во всех необходимых местах, это гибкие электроды, которые позволяют полностью окружить весь участок, чтобы можно было проводить дозированную, контролируемую термическую обработку очага. Однако мы не торопимся давать заключения для всех разновидностей заболеваний. Мы проводим исследования, считаем, что надо доказывать реализацию необходимого эффекта для всех разновидностей опухолей, разработать и уточнить режим воздействия температурного фактора».

По словам онколога, пока отрабатываются режимы: если будет недостаточное воздействие — случится рецидив, возобновление роста; если температура слишком высокая, погибнут и некоторые здоровые структуры. Попасть в нужную точку — это на грани искусства.


ОПЕРАЦИЯ.jpg
Во время операции осуществляется разрез мягких тканей, их раздвигают и накладывают нагреватели на кости; далее в течение примерно сорока минут хирурги отдыхают, идет нагрев; потом все снимается и разрез зашивается
Фото предоставлено Денисом Пахмуриным

Осталось убедить медиков

«Устройство работает на контроллерах, они поддерживают температуру, — рассказывает Денис Пахмурин. — Мы задаем, допустим, 60 градусов, и прибор дальше сам их поддерживает. Причем мы можем разные нагреватели на разную температуру настраивать, точность достаточно высокая. Когда температура большая, это плюс-минус один-два градуса. Если маленькая, 45 градусов, то там вообще плюс-минус одна десятая градуса. Если мы говорим о 45 градусах, то высокая точность важна, если это 60-70 градусов, то плюс-минус один-два градуса некритично. Датчики температуры мы обычно не используем, хотя онкологи пока нас каждый раз просят их устанавливать. Мы ставим сторонний датчик, и он показывает в точности ту температуру, которую мы планировали».

Еще одно преимущество — малое энергопотребление. СВЧ-установки требуют много киловатт, а «Феникс-2» даже при максимальной нагрузке потребляет до 500 ватт. То есть три установки в сумме — как один электрочайник. К тому же прибор компактный, по площади — лист формата А3. И в высоту около тридцати сантиметров. Весит порядка двадцати килограммов. Сейчас разработчики работают над тем, чтобы уменьшить его габариты.

«Установка мобильна, ее можно принести в любой стационар, в любую поликлинику, ей не надо никакого изолированного помещения. Поставил на тумбочку, воткнул в розетку, и можно пользоваться, — поясняет исследователь. — Кроме того, если мы говорим не об интраоперационном воздействии, то, допустим, врач частной клиники мог бы брать этот прибор, приезжать к пациентам и проводить процедуру на дому. Государственные клиники могут также проводить процедуры, к примеру маломобильным пациентам. То есть со всех сторон плюсы, но пока медики побаиваются работать с нашим прибором. Мы на разные конференции ездили, с нашим облздравом общались, и первый вопрос, буквально с порога: какая у вас статистика?»

magnifier.png «Феникс-2» даже при максимальной нагрузке потребляет до 500 ватт. То есть три установки в сумме — как один электрочайник. К тому же прибор компактный, по площади — лист формата А3. И в высоту около тридцати сантиметров. Весит порядка двадцати килограммов

В медицине вообще все завязано на статистически подтвержденные результаты, нужно большое количество положительных результатов, сотни пролеченных пациентов. Хотя, как считает Денис Пахмурин, достаточно и меньше. При расчетах, когда разработчики получали регистрационное удостоверение, надо было 36 человек.

«Половина из этого числа уже есть, но пока лечить пациентов приходится только в одной клинике, в Томском НИИ онкологии, — сетует Денис Пахмурин. — Во-первых, они нас уже знают, а во-вторых, они научно-исследовательский институт и имеют право работать без этой статистики, чтобы как раз ее и нарабатывать. У нас есть регистрационное удостоверение Росздравнадзора, мы его еще в 2017 году получили, но все остальные говорят: «Мы подождем, пока вы статистику наработаете».

Пациентов пока мало, потому что опухоли, которые можно лечить прибором «Феникс-2», возникают довольно редко. Во-первых, злокачественные образования в костях вообще реже встречаются, чем в других тканях. А во-вторых, среди опухолей костей опухоли диафизарных отделов бывают еще реже.

«Но все-таки набор клинических наблюдений растет, — говорит исследователь. — Первые наши пятнадцать пациентов, с учетом пандемии, из-за которой все закрывалось, мы пролечили года за полтора-два. Если дальше не будет ограничений, все пойдет быстрее. Надеемся, что за год-полтора наберем необходимых тридцать-сорок человек. Медицина — очень консервативная наука. Но мы верим, наш прибор станут активно применять и в России, и за рубежом».

 

Темы: Инновации

Еще по теме:
20.10.2021
В начале этой недели облачное подразделение компании Alibaba объявило об успешном запуске в производство нового серверно...
19.10.2021
Чтобы тушить пожар в мороз с вертолета, нужна система подогрева воды в воздухе. Именно такую систему разработали в ОКБ «...
18.10.2021
Ученые Балтийского федерального университета имени И. Канта запустили производство бязевых масок, плотно прилегающих к л...
14.10.2021
В понедельник 11 октября в немецком городе Верльте был открыт первый в мире завод по производству синтетического керосин...
Наверх