Нижегородские исследователи нашли способ точнее диагностировать рак и другие заболевания тканей.
Ученые разработали новую математическую модель упругости биотканей, которая основана на аналогии с поведением горных пород.
В чем идея?
Биоткани, как и породы в природе, ведут себя нелинейно.
Ранее считалось, что при приложении сжимающего воздействия биоткань деформируется пропорционально величине нагружения, т.е. этот процесс линейный. Но выяснилось, что упругие свойства большинства тканей сильно меняются под нагрузкой.
Например, если при нажатии ткань опухоли деформируется всего на несколько процентов, ее жесткость может измениться в несколько раз. Кстати, то же самое происходит с трещиноватыми породами в геологии: под давлением трещины закрываются, и камень становится жестче.
Ученые из Института прикладной физики РАН решили использовать эту аналогию, чтобы точнее оценивать разницу между здоровыми и патологическими тканями.
Как это помогает в диагностике?
Сейчас ткани исследуют с помощью эластографии — метода, который измеряет их жесткость с помощью ультразвука или с использованием такой современной оптической технологии как оптическая когерентная томография (ОКТ).
Эти методы работают как инструментальная "пальпация": в ткани может возбуждаться либо упругая волна, либо производиться механическое нажатие ОКТ-зондом.
При этом прибор фиксирует, как ткань реагирует, и создает карту жесткости (как если бы врач прощупал все пальцами, только с очень точными измерениями и гораздо детальнее).
Нижегородские ученые придумали, как при такой диагностике учитывать нелинейность поведения тканей организма и описали это с помощью математической модели.
Новая модель позволяет:
- Различать доброкачественные и злокачественные опухоли по их реакции на сжатие.
- Более точно диагностировать рак по механическим свойствам тканей.
- Учитывать особенности конкретного органа, что раньше было проблемой.
Как это проверили?
Модель тестировали на семи разных типах тканей, включая три десятка подтипов или состояний – ткани рака груди, лимфоузлы с метастазами, ткани тонкого кишечника, сосуды с бляшками, ткани перикарда (используемые для изготовления створок сердечного клапана при необходимости его замены пациенту) и даже роговицу глаза.
Эксперименты проводили совместно с Приволжским исследовательским медицинским университетом, онкодиспансером и ЦКБ Управления делами президента РФ.
Результат: метод позволил повысить точность диагностики и сделать выводы о состоянии тканей, которые раньше было сложно интерпретировать.
Что дальше?
Теперь ученые исследуют возможности еще одного применения метода ОКТ-визуализации — отслеживание проникновения лекарств и косметических средств, которые, проникая в ткани, создают в них микродеформации.
Первые эксперименты показывают, что ОКТ-эластография может стать не только инструментом диагностики типов/состояний тканей, но и способом контроля за действием препаратов в организме.
Проект реализован при поддержке Российского научного фонда, а результаты опубликованы в журнале Materials.
______
Больше новостей о науке в Нижнем Новгороде в телеграм-канале и нашей группе в ВКонтакте