Автор фото, Erica Bass/Rogel Cancer Center/Michigan Medicine
Ультразвук вже давно надає допомогу лікарям у спостереженні за внутрішніми органами, але, крім цього, сфокусовані звукові хвилі високої частоти пропонують нові способи ведення боротьби з онкологією.
Якби Чжен Сюй не викликала роздратування у своїх колег у лабораторії, то, можливо, вона б так і не відкрила новаторське лікування раку печінки.
На початку 2000-х, коли Сюй була докторанткою на кафедрі біомедичної інженерії в Університеті штату Мічиган (США), вона розробляла спосіб, який би дозволив лікарям знищувати та ліквідовувати уражені тканини без потреби в хірургічному втручанні.
Вона сфокусувалася на концепції застосування звукових хвиль високої частоти – ультразвуку – для механічного руйнування тканин і перевіряла свою теорію на серцях свиней.
Зазвичай ультразвук не розрізняється людським вухом, але Сюй використовувала настільки потужний підсилювач, що інші науковці, які працювали разом з нею в лабораторії, почали заявляти про дискомфорт від шуму.
"Все одно нічого не виходило", – пригадує вона.
Тому Сюй вирішила врахувати прохання колег і збільшила частоту ультразвукових імпульсів, аби звук вийшов за межі людського сприйняття.
На її подив, підняття кількості імпульсів на секунду не тільки усунуло дискомфорт у колег, але й зробило ультразвук більш ефективним для живої тканини, ніж колишні методи.
У неї на очах у тканині свинячого серця менш ніж за хвилину виник отвір.
"Я вирішила, що мені це тільки здається", – говорить Сюй, яка зараз є професоркою біомедичної інженерії в Університеті штату Мічиган.
Десятиліття потому випадкове відкриття Сюй, відоме як гістотрипсія, стало одним з декількох підходів, що застосовують ультразвук для відкриття нової ери сучасного лікування онкологічних захворювань.
Ця технологія дає лікарям неінвазивний шлях для видалення злоякісних пухлин за допомогою звуку замість застосування скальпеля.
Автор фото, Erica Bass/Rogel Cancer Center/Michigan Medicine
Підпис до фото, Збільшення кількості ультразвукових імпульсів, що виробляються щосекунди, поліпшило здатність пристрою руйнувати живі тканини
У жовтні 2023 року Управління з контролю якості харчових продуктів і лікарських препаратів США (FDA) схвалило гістотрипсію для терапії пухлин печінки. Наступного року невелике дослідження, профінансоване компанією HistoSonics, створеною з метою комерціалізації технології Сюй, засвідчило, що даний метод досяг позитивного результату у 95% випадків лікування пухлин печінки.
Попри можливі побічні ефекти – від болю в черевній порожнині до внутрішньої кровотечі – дослідження свідчать, що ускладнення виникають нечасто, а метод в цілому є безпечним.
У червні Велика Британія стала першою європейською державою, яка схвалила гістотрипсію. Лікування було введено в систему NHS у межах експериментальної програми Innovative Devices Access Pathway для задоволення медичних потреб, які до цього часу не були задоволені.
"Зазвичай люди сприймають ультразвук як спосіб отримання зображень", – каже Джулі Ерл, головна наукова співробітниця групи біомаркерів і персоналізованих підходів до лікування раку в іспанському Інституті досліджень здоров'я імені Рамона-і-Кахаля, яка досліджує цю технологію.
"Але зростаюча кількість досліджень демонструє, що він також може руйнувати новоутворення, стримувати метастатичні захворювання (рак, що поширився на інші ділянки тіла) і підвищувати ефективність інших методів лікування – і все це без необхідності хірургічного втручання", – додає науковиця.
Як працює ультразвук
Для багатьох людей слово "ультразвук" відразу викликає асоціації з ультразвуковими знімками під час вагітності.
Щоб створити медичне зображення, подібне до сонограми, ручний датчик надсилає у тіло високочастотні звукові хвилі, що відбиваються від внутрішніх тканин. Сенсор у пристрої вловлює хвилі, які повертаються назад, перетворюючи їх активність на електричні сигнали, що потім застосовуються для створення зображення того, що відбувається під шкірою.
У лікуванні онкології ультразвукові хвилі концентруються на невеликій ділянці пухлини, щоб зруйнувати її.
Для лікування раку печінки пристрої для гістотрипсії спрямовують ультразвукові хвилі у фокусну зону розміром приблизно два на чотири міліметри – "фактично, це кінчик маркера", каже Сюй.
Згодом роботизована рука переміщує датчик над пухлиною, щоб з високою точністю націлити його на потрібну зону.
Ультразвук подається у швидких коротких імпульсах. Ці імпульси утворюють крихітні "мікробульбашки", які розширюються, а згодом стискаються за мікросекунди, руйнуючи пухлинну тканину. Після цього імунна система пацієнта здатна "прибрати" залишки зруйнованої тканини.
Вся процедура є швидкою, нетоксичною та неінвазивною, дозволяючи зазвичай пацієнтам повернутися додому в той же день, пояснює Сюй.
Хоча точний час лікування може відрізнятися, більшість процедур тривають від однієї до трьох годин, за інформацією компанії HistoSonics. Пухлини в більшості випадків руйнуються за один сеанс, хоча пацієнтам з кількома або більшими ураженнями може знадобитися декілька сеансів лікування.
Незважаючи на багатообіцяючі переваги, щодо гістотрипсії залишаються невирішені питання. На даний момент відсутні переконливі довгострокові дані про повторну появу раку після лікування.
Деякі науковці висловлювали стурбованість, що гістотрипсія може потенційно сприяти появі нових ракових утворень, оскільки пухлини розбиваються всередині тіла, а це може призвести до переміщення клітин в інші ділянки.
Проте, як зазначають науковці, у дослідах на тваринах даного явища поки що не виявлено.
Автор фото, Erica Bass/Rogel Cancer Center/Michigan Medicine
Підпис до фото, Регулюючи обсяг виробленої ультразвукової енергії, пристрій для гістотрипсії може контролювати, наскільки уражається тканина
Гістотрипсія також може бути неефективною проти всіх типів раку, про це свідчать дослідження. Кісткова тканина може перешкоджати проходженню ультразвуку до цільової області, що робить неможливим лікування пухлин у конкретних місцях.
А застосування гістотрипсії в органах, наповнених газом, таких як легені, може бути небезпечним, оскільки потенційно здатне пошкодити сусідні здорові тканини.
Однак компанія HistoSonics в даний час вивчає гістотрипсію як потенційний метод лікування пухлин нирок і підшлункової залози.
"Підсмажити" рак за допомогою ультразвуку
Гістотрипсія не є першим випадком використання ультразвуку в онкології.
Високоінтенсивний сфокусований ультразвук (HIFU) – більш рання і відома технологія – також може застосовуватись для ліквідації пухлин.
Сфокусований імпульс ультразвуку направляється на пухлину з метою створення тепла, яке фактично "підсмажує" тканину, пояснює Річард Прайс, співдиректор Центру імунотерапії раку за допомогою сфокусованого ультразвуку при Університеті Вірджинії (США).
"Якщо взяти збільшувальне скло і потримати його над сухим листком на сонці, листок може спалахнути, – говорить Прайс. – HIFU виконує по суті те саме з раковою тканиною, тільки замість світла використовує звукову енергію".
В онкології HIFU, ймовірно, найбільш відомий як неінвазивний метод лікування раку передміхурової залози – метод, який, відповідно до дослідження 2025 року, приблизно такий самий ефективний, як і оперативне втручання.
Пацієнти можуть відчувати певний біль або побічні ефекти сечової системи після пробудження, але відновлення зазвичай відбувається швидше, ніж після інтенсивних методів лікування, таких як операція.
Обидві терапії – гістотрипсію та HIFU – зазвичай проводять під загальним наркозом, щоб пацієнти не рухалися під час проведення процедури, зводячи до мінімуму ризик ненавмисного пошкодження навколишніх органів чи тканин. Але гістотрипсія, на відміну від HIFU, не продукує тепла, яке може пошкодити здорові тканини, що знаходяться поруч.
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото, HIFU – це добре зарекомендований спосіб лікування раку простати за допомогою ультразвуку, який полягає в нагріванні тканин
Не всі види раку можна лікувати за допомогою HIFU – знову ж таки, кістки або газ можуть блокувати шлях ультразвуку до пухлин. Як правило, цей метод не застосовують для пацієнтів, у яких рак передміхурової залози вже поширився по всьому тілу.
Проте науковці в багатьох країнах вивчають можливість його використання для лікування інших видів раку, в тому числі деяких форм раку молочної залози.
Ультразвук плюс інші препарати
Науковці стверджують, що потенціал ультразвуку можна значно збільшити, якщо поєднувати його з іншими наявними методами терапії онкологічних захворювань.
Нещодавні дослідження доводять, що введення мікробульбашок у кровотік і стимуляція їх ультразвуком може тимчасово відкрити гематоенцефалічний бар'єр. Цей бар'єр зазвичай не дозволяє токсинам у крові проникати до головного мозку й завдавати йому шкоди. Проте навмисне відкриття бар'єра під час терапії онкології може дати можливість лікам дістатися до пухлин, які вони повинні атакувати.
"Неінвазивність даного методу – надзвичайна, але його можливості з доставки ліків просто не мають аналогів", – заявляє Річард Прайс.
Діпа Шарма, наукова співробітниця Медичного наукового центру Sunnybrook в Онтаріо (Канада), зазначає, що ці переваги не обмежуються тільки лікуванням раку головного мозку.
Вона вивчає комбінацію ультразвуку та мікробульбашок для різних типів раку й виявила, що вона здатна в цілому поліпшити доставку препаратів.
Дослідження Шарми також демонструють, що мікробульбашки, активовані ультразвуком, можуть збільшувати дію радіотерапії, руйнуючи судини пухлини, що призводить до більшого відмирання клітин.
Це говорить про те, що лікарі можуть використовувати менші дози токсичних протиракових засобів, таких як хімієтерапія або опромінення, якщо їх комбінувати з ультразвуком і мікробульбашками.
"Променева терапія дійсно лікує рак, але вона також спричиняє чимало довготривалих побічних ефектів", – каже Шарма.
Якщо її дію можна посилити завдяки мікробульбашкам, активованим ультразвуком, то лікарі зможуть теоретично застосовувати нижчі дози й досягати того ж терапевтичного ефекту з меншими руйнівними наслідками.
Ультразвук також добре поєднується з імунотерапією – підходом, спрямованим на стимулювання імунної системи до боротьби з раковими клітинами, які можуть уникати або ховатись від природного захисту організму.
Коли сфокусований ультразвук нагріває й пошкоджує пухлини, здається, що він робить ці тканини більш помітними для імунної системи – і, відповідно, більш сприйнятливими до її захисних механізмів, пояснює Прайс, чий дослідницький центр вивчає саме поєднання ультразвуку з імунотерапією.
Прайс відзначає, що одним із напрямів майбутніх досліджень є визначення, чи може таке поєднання працювати проти раку на пізніх стадіях. Метастатичний рак набагато складніше лікувати, ніж локалізований, адже коли хвороба поширюється по тілу, вже недостатньо видалити одну пухлину.
"Святим Граалем" було б, якби лікарі змогли використовувати ультразвук, щоб "вивести одну пухлину з укриття", зруйнувавши її, і надати імунній системі можливість розпізнати її характеристики та запустити масштабну атаку проти ракових клітин у всьому тілі, заявляє Прайс.
Це ще не перевірено в жодних клінічних випробуваннях, але теоретично лікарі могли б "лікувати 10, 15, 20 пухлин, обробивши лише одну пухлину", додає він.
Автор фото, Erica Bass/Rogel Cancer Center/Michigan Medicine
Підпис до фото, Головка гістотрипсійного датчика створює крихітну хмару бульбашок, які можуть руйнувати тканину
Зважаючи на це, клінічні випробування, які вивчають комбінацію ультразвуку та імунотерапії, все ще знаходяться на відносно ранніх етапах, застерігає Прайс.
Джерело
