Астрономічні методи допоможуть лікувати рак

Вчені з різних сфер об'єдналися для адаптації астрофізичних методів моделювання взаємодії світла з речовиною до завдання пошуку і лікування пухлин. Автори продемонстрували можливість використання створених для вивчення завдань перенесення випромінювання в космосі програм у галузі діагностики та терапії меланоми за допомогою наночастинок. Доповідь з результатами роботи було зачитано на з'їзді Королівського астрономічного товариства Великобританії.

Стандартним завданням в астрофізиці є проблема перенесення випромінювання, тобто переміщення енергії у вигляді електромагнітних хвиль і її взаємодія з матерією. Подібні питання постають у різних ситуаціях, таких як зіркові атмосфери або міжзоряні туманності. У цих випадках необхідно враховувати такі процеси як випромінювання, поглинання і перевипромінювання світла різних частот різноманітними компонентами середовища. Зокрема, це дозволяє з'ясувати склад речовини в глибині тіл.

У більшості випадків через безліч факторів і складну форму об'єктів неможливо в явному вигляді вирішити отримувані рівняння, тому використовуються численні методи рішення, які реалізуються за допомогою спеціальних програм. Одним з таких продуктів є код Torus, створений астрофізиками з Ексетерського університету у Великобританії.

Нещодавно автори цього програмного забезпечення додали в нього можливість прораховувати проходження світла крізь живу плоть. Для цього не потрібно було переписувати всю програму, оскільки, незважаючи на величезну різницю в масштабах, фізичні закони взаємодії залишаються тими ж самими. Завдяки цьому, як і раніше, можливе отримання аналогічних результатів, наприклад, про оптичні властивості тканини, які повинні змінюватися в разі появи новоутворення.

Цією можливістю у співпраці з авторами програми вирішив скористатися Чарлі Джейнс (Charlie Jeynes). Його ідея полягає у використанні астрофізичних методів моделювання для оптимізації діагностики та лікування раку шкіри золотими наночастинками та іншими методами персоналізованої медицини.

Терапія пухлин наночастинками розвивається в рамках концепції тераностики - медичного підходу, що об'єднує персоналізовану діагностику та терапію. Дотримуючись цієї ідеї один препарат повинен одночасно допомагати виявити недугу і допомогти позбутися її, при цьому будучи адаптованим під конкретного пацієнта.

Серед іншого медики сподіваються, що наночастинки допоможуть у діагностиці та лікуванні онкологічних захворювань. Передбачається, що вони зможуть грати як роль контрастного агента, дозволяючи виявити на зображеннях уражену захворюванням тканину, так і відповідатимуть за її знищення, розсіюючи світло і вбиваючи клітини поблизу себе нагрівом. Для цього, однак, необхідно точно розуміти, скільки енергії світла потрапить на задану глибину в тіло людини, що вимагає реалістичного моделювання тканин людини з урахуванням їх структури, морфології, різних компонентів та інших параметрів.

Також вчені збираються застосовувати астрономічні методи для розробки активованих світлом ліків, які вивільняють активну речовину при отриманні певного електромагнітного сигналу, а також для поліпшення діагностики раку грудей, що стає можливим завдяки крихітним скупченням кальцію, створюваним ураженими клітинами. Зміна довжини хвилі проходить крізь такі відкладення світла може стати новим швидким і неінвазивним діагностичним методом, який дозволить знизити необхідність у біопсії.

"Досягнення в фундаментальних науках ніколи не повинні розглядатися як щось, що відбувається в ізоляції, - говорить Джейнс. Астрономія в цьому сенсі не є винятком: створені в її рамках відкриття і технології знадобляться суспільству, незважаючи на неможливість передбачити це заздалегідь. Наша робота є прикладом цього, і я щиро радий, що ми допомагаємо нашим колегам-медикам вести війну проти раку ".

Раніше вчені створили нейромережу, яка може допомогти знизити дозу випромінювання при комп'ютерній томографії, а новий алгоритм допоміг радіологам знайти аневризму в головному мозку.