Сибирские ученые разрабатывают новый метод диагностики заболеваний ЖКТ

Специалисты создают устройство, которое позволит проводить процедуру быстро, точно и безболезненно. Новую технологию диагностики заболеваний желудочно-кишечного тракта разрабатывают исследователи из Новосибирского государственного университета, Института автоматики и электрометрии СО РАН и Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН при поддержке Российского научного фонда.

Классическая диагностика часто сопряжена с процедурой биопсии — забора образца ткани для анализа, что довольно болезненно и требует специальной подготовки. Ученые объединили физику, биологию и искусственный интеллект, чтобы создать метод, который поможет диагностировать заболевания прямо во время процесса обследования. Основная цель — добиться, чтобы оптический метод позволял выявлять все стадии заболеваний, включая самые ранние. Это даст возможность применять более щадящие и эффективные способы лечения.

«Обычный микроскоп работает на просвет: ткань освещают и рассматривают через увеличительное стекло. Однако толстые слои биоматериала непрозрачны для видимого света, поэтому исследовать удается лишь очень тонкие срезы или поверхность, так как свет не проникает вглубь. Гораздо эффективнее использовать инфракрасное излучение. Оно невидимо для глаза, но лучше проходит сквозь ткани на глубину до сотен микрон. В отличие от видимого света, который сильно отражается от верхних слоев поверхности, инфракрасные лучи позволяют заглянуть внутрь образца и изучить его структуру. Специальный лазер посылает очень короткие, но мощные вспышки, длительность импульсов измеряется фемтосекундами (это миллионные доли миллиардной доли секунды), они позволяют подсветить ткань изнутри, не обжигая ее», — рассказывает ведущий научный сотрудник ИАиЭ СО РАН кандидат физико-математических наук Денис Харенко.

Именно этот принцип лежит в основе многофотонной микроскопии, которую ученые планируют использовать для анализа образцов. Специалисты создают установку, которая представляет собой портативную модификацию многофотонного микроскопа для эндоскопических исследований, то есть для работы внутри организма. Диагностический зонд должен быть компактным, чтобы использовать его в ограниченном пространстве. Ключевая особенность будущего устройства — возможность доставки лазерного излучения внутрь организма и сбора слабого оптического сигнала с помощью оптического волокна.

Для анализа полученных изображений потребуется использовать методы машинного обучения и искусственного интеллекта, поскольку выявить различия между здоровой и больной тканью на глаз крайне сложно. Нейросеть будут обучать на известных примерах, чтобы она могла автоматически находить характерные признаки заболеваний в трехмерных структурах ткани.

«Конечно, наша технология не заменит все медицинские процедуры и также не исключит необходимость врачебных консилиумов для принятия решения о хирургическом вмешательстве в неоднозначных случаях. Однако главная задача проекта — существенно расширить возможности, увеличить скорость и точность диагностики, обеспечив техническую возможность для проведения малоинвазивных исследований и лечения в режиме реального времени. Разработка позволит не только выявлять все пораженные участки, но и сразу воздействовать на них: например, модулируя мощность лазера. В рамках проекта будет апробирована и современная технология применения холодной плазмы на здоровых и раковых клетках кишечника для борьбы со злокачественными образованиями. После обработки прибор позволит также в реальном времени отслеживать восстановление тканей и контролировать процесс выздоровления», — комментирует старший научный сотрудник отдела регуляции генетических процессов ИМКБ СО РАН кандидат биологических наук Лидия Болдырева.

Работа над проектом ведется сразу по нескольким направлениям. В первую очередь команда занимается разработкой самого прибора: подбирает компоненты и тестирует макет. Параллельно ученые исследуют воздействие на ткани и модельные объекты классическими методами. Особое внимание уделяется анализу влияния холодной плазмы (как прямого воздействия, так и через раствор) и термического эффекта от лазера. Чтобы понять, как тепло распространяется в тканях и не вызывает ли оно ожогов, специалисты используют специальные фантомы живых тканей — искусственные материалы с вмонтированными температурными датчиками.

К концу проекта ученые рассчитывают создать лабораторный стенд, на котором будет продемонстрирована эндоскопическая диагностика различных стадий заболеваний и подобраны параметры оптимального воздействия на ткани.

Подготовлено по материалам журнала «Наука в Сибири»