Podręczne urządzenie bezboleśnie identyfikuje raka skóry

Biopsje skóry nie są przyjemne: lekarze wycinają małe płatki tkanki do badań laboratoryjnych, pozostawiając u pacjentów bolesne rany, których gojenie może trwać tygodniami. Jest to cena, którą warto zapłacić, jeśli umożliwia wczesne leczenie raka. Jednak w ostatnich latach agresywne działania diagnostyczne sprawiły, że liczba biopsji rośnie około cztery razy szybciej niż liczba wykrywanych nowotworów – na każdy wykryty przypadek raka skóry przypada obecnie około 30 łagodnych zmian.

Naukowcy z Stevens Institute of Technology opracowują obecnie niedrogie, podręczne urządzenie, które mogłoby zmniejszyć liczbę niepotrzebnych biopsji o połowę i zapewnić dermatologom oraz innym lekarzom pierwszego kontaktu łatwy dostęp do laboratoryjnej diagnostyki nowotworów.

–Nie próbujemy pozbyć się biopsji– powiedział Negar Tavassolian, dyrektor Laboratorium Bioelektromagnetyki w Stevens. –Chcemy jednak dać lekarzom dodatkowe narzędzia i pomóc im w podejmowaniu lepszych decyzji.

Urządzenie opracowane przez zespół wykorzystuje obrazowanie na falach milimetrowych – tę samą technologię, którą stosuje się w skanerach bezpieczeństwa na lotniskach – do skanowania skóry pacjenta. (We wcześniejszych pracach Tavassolian i jej zespół musieli pracować z już pobraną biopsją skóry, aby urządzenie mogło wykryć, czy jest ona nowotworowa).

Zdrowa tkanka odbija promienie o długości fali milimetrowej inaczej niż tkanka nowotworowa, dlatego teoretycznie możliwe jest wykrycie nowotworów poprzez monitorowanie kontrastów w promieniach odbitych od skóry. Aby wprowadzić to rozwiązanie do praktyki klinicznej, badacze zastosowali algorytmy łączące sygnały przechwycone przez wiele różnych anten w jeden obraz o ultrawysokiej przepustowości, redukując szumy i szybko rejestrując obrazy o wysokiej rozdzielczości nawet najdrobniejszych pieprzyków czy skaz.

Zespół pod kierownictwem dr Amira Mirbeika ’18 wykorzystał tabletową wersję swojej technologii do przebadania 71 pacjentów podczas rzeczywistych wizyt klinicznych i stwierdził, że jego metody pozwalają na dokładne odróżnienie zmian łagodnych od złośliwych w ciągu zaledwie kilku sekund. Używając swojego urządzenia, Tavassolian i Mirbeik byli w stanie zidentyfikować tkankę nowotworową z 97% czułością i 98% specyficznością, co jest wynikiem konkurencyjnym nawet w stosunku do najlepszych szpitalnych narzędzi diagnostycznych.

–Istnieją inne zaawansowane technologie obrazowania, które mogą wykrywać nowotwory skóry, ale są to duże, drogie urządzenia, które nie są dostępne w klinice – powiedział Tavassolian. –My tworzymy niedrogie urządzenie, które jest tak małe i łatwe w obsłudze jak telefon komórkowy, dzięki czemu zaawansowana diagnostyka może być dostępna dla każdego.

Ponieważ technologia zespołu dostarcza wyniki w ciągu kilku sekund, pewnego dnia mogłaby być używana zamiast dermatoskopu z lupą podczas rutynowych badań kontrolnych, dając niezwykle dokładne wyniki niemal natychmiast.

–Oznacza to, że lekarze będą mogli włączyć dokładną diagnostykę do rutynowych badań kontrolnych i w efekcie leczyć więcej pacjentów – powiedział Tavassolian.

W przeciwieństwie do wielu innych metod obrazowania, promienie fal milimetrowych nieszkodliwie przenikają przez ludzką skórę na głębokość około 2 mm, dzięki czemu opracowana przez zespół technologia obrazowania zapewnia wyraźną trójwymiarową mapę skanowanych zmian. Ulepszenie w przyszłości algorytmu sterującego urządzeniem może znacznie poprawić odwzorowanie marginesów zmian, umożliwiając bardziej precyzyjne i mniej inwazyjne biopsje zmian złośliwych.

Następnym krokiem jest umieszczenie opracowanego przez zespół zestawu diagnostycznego na układzie scalonym, co wkrótce może pozwolić na produkcję podręcznych urządzeń diagnostycznych, wykorzystujących fale milimetrowe w cenie zaledwie 100 dolarów za sztukę – jest to ułamek kosztu istniejącego szpitalnego sprzętu diagnostycznego. Zespół pracuje już nad komercjalizacją swojej technologii i ma nadzieję, że w ciągu najbliższych dwóch lat jego urządzenia trafią do rąk lekarzy.

–Mamy jasną wizję dalszego rozwoju i wiemy, co musimy zrobić – powiedział Tavassolian. –Po udowodnieniu słuszności koncepcji musimy zminiaturyzować naszą technologię, obniżyć jej cenę i wprowadzić ją na rynek.

Badanie to zostało opublikowane w Scientific Reports.
Źródło: Stevens Institute of Technology

Opracowanie: Agata Pałach, blog Nigdy za późno