Физика в хирургии: применение масс-спектрометрии при операциях на головном мозге

Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) предложили использовать метод масс-спектрометрии для хирургического лечения опухолей мозга. Этот подход позволяет максимально удалить опухоль и сохранить здоровую ткань, что повышает безопасность и эффективность операций. Свои результаты ученые, работающие над этой проблемой с 2016 года, опубликовали в журнале Mass Spectrometry Reviews.

Онкологические заболевания являются одной из главных причин смертности в мире. Лечение опухолей головного мозга особенно сложное из-за ограниченного доступа и чувствительности нервной ткани. Задача хирурга — удалить опухоль полностью, чтобы предотвратить рецидив, и при этом сохранить функции мозга. Современные методы, такие как масс-спектрометрия, помогают точно определить границы опухоли прямо во время операции.

Масс-спектрометрия (МС) позволяет идентифицировать вещества и их концентрации, а также определить элементный и изотопный состав. Молекулы ионизируются, превращаясь в заряженные частицы, и оцениваются по их отношению массы к заряду. Коллектив ученых из МФТИ с 2016 года исследует применение масс-спектрометрии для принятия решений при лечении опухолей мозга.

«Мы используем вычислительную биологию для изучения молекулярных механизмов злокачественного перерождения глиальных клеток. Текущие модели не полностью отражают процессы в тканях пациентов, поэтому мы анализируем большие данные клинических образцов, выявляя характерные молекулярные отпечатки опухолей», — поясняет Станислав Пеков, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной медицинской диагностики МФТИ.

Различия между опухолью и нормальной тканью проявляются в биохимических особенностях, вызванных патологическими мутациями. Масс-спектрометрия помогает выявить эти маркеры во время операции и дальнейшего лечения. Особенно важна в этом процессе прямая масс-спектрометрия (AIMS), которая не требует пробоподготовки.

Существуют три основные группы методик на основе МС: онлайн-, офлайн- и подходы с ионизацией при касании (touch-spray).

Онлайн-методики применяются непосредственно во время операции. Используя диатермический нож и масс-спектрометрию с быстрой испарительной ионизацией (REIMS), материал анализируется за 0,7–2,5 секунды. Однако, такой подход сложнее, поскольку требует не только специализированного оборудования, но и определенных навыков со стороны хирурга.

Офлайн-методики предполагают анализ за пределами операционной с привлечением дополнительного персонала. Этот подход облегчает работу хирурга, но удлиняет время анализа. Исследователи из МФТИ разрабатывают именно такие методы:

«Совместно с коллегами из НМИЦ нейрохирургии им. Н. Н. Бурденко мы разработали методы экспресс-анализа, которые различают глиомы и определяют долю опухолевых клеток, что позволяет быстрее ставить диагноз и назначать терапию после операции», — отмечает Игорь Попов, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией молекулярной медицинской диагностики МФТИ.

Третья группа методов — это масс-спектрометрия с ионизацией касанием (touch-spray). Пробы анализируются вне операционной, что снижает травматичность и помогает хирургу определять места разрезов.

Кроме того, ученые из МФТИ исследуют нейровизуализацию на основе масс-спектрометрии. Эти методы требуют длительного анализа и не подходят для использования во время операции, но полезны для изучения структуры сложных и неоднородных опухолей.

Источник: Ученые МФТИ предлагают применять масс-спектрометрию при операциях на головном мозге — Новости МФТИ