Inteligentny skalpel do walki z rakiem, przestępczością i skażeniami

W urządzeniu, które naukowcy nazywają "iKnife", wykorzystano spektrometr masowy do analizowania oparów dymu powstających podczas cięcia tkanki skalpelem z użyciem prądu o wysokiej częstotliwości. Dzięki temu chirurdzy otrzymują podczas operacji na bieżąco informacje, czy cięta tkanka jest tkanką nowotworową czy zdrową.

W czasopiśmie Science of Translational Medicine podano informację, że projekt dr. Takátsa "DESI – JEDI imaging" przeszedł już udane badania techniczne, co przyciągnęło sporą uwagę prasy. Prowadząc badania w ramach projektu stworzono katalog sygnatur różnych nowotworów, w tym raka mózgu, piersi, płuc i jelita grubego, na podstawie próbek tkanek pobranych od ponad 300 pacjentów. iKnife został następnie użyty w 80 operacjach chirurgicznych. W każdej z nich informacje podawane przez niego w czasie rzeczywistym były zgodne z wynikami tradycyjnych badań tkanek przeprowadzonych po operacji.

"Kiedy przygotowaliśmy zarys projektu w 2007 r., nie spodziewaliśmy się, że zajdziemy z nim tak daleko" – wspomina dr Takáts. "Ale sześć tygodni po ukazaniu się naszej publikacji przystąpiliśmy do ukończenia eksperymentów klinicznych, aby pokazać, że ta technika może już być stosowana w praktyce – i teraz niewiele już brakuje do rozpoczęcia oficjalnych badań klinicznych, które umożliwią dopuszczenie tego narzędzia do użytku".

Wspaniały przełom

Spektrometry masowe mierzą stosunek masy do ładunku zjonizowanych (naładowanych) cząstek, przepuszczając je przez pole elektryczne lub magnetyczne. Naukowcy używają ich do badania składu chemicznego i budowy strukturalnej próbek.

Wielkim przełomem dla dr. Takátsa było uświadomienie sobie, że w nowoczesnych technikach chirurgicznych – takich jak chirurgia ultradźwiękowa, laserowa i elektrochirurgia – wytwarza się naładowane cząstki tkanki, które doskonale nadają się do badań za pomocą spektrometru masowego. Jego pierwszy prosty eksperyment, w którym użyto wątroby świni i standardowych narzędzi chirurgicznych, powiódł się doskonale – uzyskano wyniki znacznie lepsze od oczekiwanych.

"Natychmiast zaczęliśmy myśleć o praktycznych zastosowaniach tego niezwykłego narzędzia – szukaliśmy problemów, w których do zmiany sytuacji mógłby doprowadzić spektrometr masowy, wykorzystywany w obrazowaniu".

Teraz chirurg pobiera próbkę tkanki i oddaje ją do analizy zwanej biopsją w laboratorium histopatologicznym, co trwa co najmniej 40 minut – dopiero po tym badaniu wie, czy można kontynuować operację. Ale poprzez użycie pompy powietrza do "zasysania" cząstek z miejsca zabiegu do spektrometru masowego iKnife może dostarczyć błyskawicznie informacji chirurgowi, który dzięki temu nie musi wycinać więcej tkanki niż jest to konieczne do usunięcia wszystkich komórek nowotworowych lub objętych stanem zapalnym. Pozostawienie większej ilości zdrowej tkanki poprawi wyniki leczenia i dobrostan pacjentów.

Od nauki do operacji

"Przechodzimy teraz do oficjalnych prób klinicznych" – podkreśla dr Takáts. "Na początku przyszłego roku mają zacząć się próby w zakresie operacji mózgu".

Było to duże wyzwanie, ponieważ przed otwarciem drogi dla badań klinicznych należało ukończyć wszystkie trzy elementy niezbędne do działania narzędzia: elektroskalpel, bazę danych do identyfikacji i diagnostyki i spektrometr masowy specjalnie dostosowany do sal operacyjnych, ponieważ po zatwierdzeniu projektu nie można już dokonywać w nim zmian.

"Ważną rolę odegrał tu grant przyznany w ramach inicjatywy ERBN 'Weryfikacja koncepcji" – przypomina dr Takáts. "Grant dla początkujących naukowców dał nam niezwykłą możliwość utworzenia zespołu badawczego i prowadzenia badań, ale dofinansowania z programu "Weryfikacja koncepcji" potrzebowaliśmy przede wszystkim do rozeznania się w kwestiach prawnych i dotyczących zarządzania własnością intelektualną oraz do założenia firmy, która wprowadzi to narzędzie do obrotu".

iKnife został opracowany do zastosowania w elektrochirurgii, jako że jest to metoda używana zazwyczaj przez onkologów, ale rozwiązanie to może być również stosowane w hydrochirurgii i chirurgii laserowej. Narzędzie będzie mogło być również używane do badania błon śluzowych, a także układu oddechowego, moczowo-płciowego i pokarmowego.

Ze względu na jego przydatność do badania tkanek i substancji zespół badawczy dyskutował o nim z przedstawicielami przemysłu spożywczego i organów zwalczających przestępczość. iKnife może również stać się doskonałym narzędziem dla mikrobiologów, przyspieszającym tworzenie katalogów populacji drobnoustrojów zamieszkujących ludzki organizm.

"Miliony bakterii, które żyją w nas i na nas mogą być powiązane z rozwojem nowotworów i chorób takich jak cukrzyca" – podkreśla dr Takáts. "Ich identyfikacja może pomagać w diagnostyce i leczeniu. Uzyskaliśmy wyjątkowe narzędzie umożliwiające poznanie szczegółów tych interakcji, co pozwoli opracować nowe metody i sposoby leczenia".

- Źródło: Dr Zoltán Takáts
- Koordynator projektu: Imperial College w Londynie, Zjednoczone Królestwo
- Tytuł projektu: Development of mass spectrometric techniques for 3D imaging
- Akronim projektu: DESI – JEDI imaging
- http:// (strona internetowa projektu DESI – JEDI imaging)
- Siódmy program ramowy (7PR) (Nabór wniosków do ERBN): Grant dla początkujących naukowców w 2008 r. oraz grant na weryfikację koncepcji w 2012 r.
- Finansowanie przez KE 1 750 000 EUR
- Czas trwania projektu 5 lat