Диагностика и дифференциация опухолей головного мозга затруднена не только на ранней стадии, но и после появления симптомов. Ученые Томского государственного университета разработали новый неинвазивный подход для диагностики глиомы – одной из наиболее агрессивных опухолей головного мозга. С помощью метода рамановской спектроскопии они выявляют в крови пациентов биомаркеры – химические соединения, которые выделяет опухоль. Результаты исследований представлены в статье в журнале Pharmaceutics (MDPI, Q1).
– Достоверно определить тип опухоли можно только с помощью гистологического исследования, которое проводится уже после удаления новообразования, – говорит заведующий лабораторией лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения ТГУ Юрий Кистенёв. – Вместе с тем использование оптических методов анализа значительно расширяет возможности диагностики, более того – позволяет делать это неинвазивно, без забора биологических тканей. Мы использовали для этого метод рамановской спектроскопии, который позволяет с высокой точностью фиксировать химические соединения в биологических жидкостях и тканях.
На начальном этапе ученые провели анализ литературы и собрали информацию о том, какие биологические маркеры встречаются в тканях глиомы. Затем были проведен эксперимент с участием лабораторных животных. Грызунам вводили клетки глиобластомы человека, спустя разные отрезки времени животных выводили из эксперимента, исследовали сыворотку их крови. С помощью методов рамановской спектроскопии были выявлены наиболее специфичные частоты, позволяющие идентифицировать маркеры глиомы в биологической жидкости и разделить группу «больных» и здоровых крыс.
Полученная информация о маркерах была собрана в библиотеку данных, которую исследователи использовали для машинного обучения нейросети. Это позволило автоматизировать процесс анализа.
– Достоинством нашего метода является то, что он потенциально позволяет выявить «следы» опухоли на ранней стадии – еще до того, как болезнь проявила себя в виде явных симптомов, – поясняет Юрий Кистенёв. – Дело в том, что глиобластома изменяет биохимический состав крови. Выделяемые ею вещества и опухолевые клетки попадают в кровь, которая разносит их по организму. Анализ этих биомаркеров дает информацию о развитии рака, он может использоваться как для диагностики заболевания, так и для контроля эффективности лечения.
По словам ученых, разработанный подход перспективен для выявления и других разновидностей опухолей. Все злокачественные новообразования выделяют специфические химические соединения. При наличии данных о том, какие именно биомаркеры характерны для конкретного типа заболевания, их можно будет выявлять с помощью метода рамановской спектроскопии и машинного обучения.
Добавим, что оптические методы анализа все чаще применяются в самых разных областях, в частности, открывают большие возможности для быстрой диагностики заболеваний. Так, ученые ТГУ в рамках проекта, поддержанного мегагрантом правительства РФ, используют инструменты и технологии ИИ для создания новых методов неинвазивной диагностики вирусных и бактериальных респираторных инфекций, которые сократят время анализа с нескольких дней до нескольких минут.