Как диагностируют рак врачи и биофизики — рассказали ученые Пермского Политеха

Фото: freepik

Ученые Пермского технического университета пытаются выяснить, что повышает риск развития рака, какие существуют методы выявления рака и кому нужно чаще проходить обследование.Мы объяснили, почему стоит обратить внимание на свое здоровье, а также объяснили, как распознавать виды рака. Он основан на модели нескольких пораженных клеток.

Раковые (злокачественные) клетки — это клетки практически любой ткани организма, которые приобрели способность быстро бесконтрольно делиться и теряют функции. Такие клетки питаются той же пищей, что и нормальные клетки. В то же время интенсивная пролиферация блокирует питательные вещества из клеток здоровых тканей и подавляет рост клеток. В результате новообразование развивается и разрушает орган, в котором растет. Например, при раке легких вместо ткани образуется опухоль, состоящая из злокачественных клеток, полностью утративших способность к воздухообмену. Из-за этого затрудняется поступление кислорода в кровь, и состояние здоровья человека значительно ухудшается.

Почему рак — коварное заболевание?

Об этом рассказал Сергей Солодников, научный консультант по фармакологии, кандидат медицинских наук НИЦ ПНИПУ «ХимБИ». Возьмем пример опухоли мочевого пузыря (карциномы). Он поражает слизистую оболочку мочевого пузыря, увеличивается в объеме и распространяется на кровеносные сосуды, что приводит к кровотечению и возможному метастазированию. Этот процесс также может распространить злокачественные клетки на другие органы, где у них могут развиться опухоли. Это один из вариантов развития мероприятия.

Другой способ – опухоль не повреждает сосуды и никак не проявляется. Однако он занимает в органе большой объем, в результате чего процесс мочеиспускания прерывается. Третий вариант — прорастание опухоли в более глубокие ткани, например мышцы, нарушая ее функцию, а также ухудшая выведение мочи. При втором и третьем вариантах диагностика опухоли затрудняется, поскольку дисфункция мочевого пузыря проявляется лишь на более поздней стадии развития рака. Кроме того, рак может возникать и другими способами, кроме перечисленных.

Откуда берутся злокачественные клетки?

«Интересно, что в нашем организме постоянно происходит процесс мутации клеток в раковые. Однако этот процесс для нас сложен, поскольку злокачественные клетки — это антигены, чужеродные вещества, которые необходимо уничтожить. По мнению Сергея Солодникова, предрасположенность к клеточному развитию мутации передаются на генетическом уровне.

В настоящее время изучаются механизмы развития рака. Выявлены вещества, способные «разрушить» здоровые клетки и превратить их в опухоли. Они называются канцерогенами и содержатся в табачном дыме, алкоголе, растительных маслах, неоднократно используемых для жарки котлет и пирогов, а также различных растворителях

В некоторых случаях опухоли развиваются, когда иммунная система не может справиться с постоянно образующимися раковыми клетками. Стресс, хронический недосып, вредные привычки и несбалансированное питание могут стать причиной ослабления иммунной системы. Важную роль играют экологические условия: смог в воздухе, промышленные выбросы и вода низкого качества ослабляют иммунную систему. Защитная система организма может находиться в ослабленном состоянии вследствие таких заболеваний, как радиационное поражение, иммунодефицит, а также вирусных заболеваний отдельных органов, например мочеполовой системы.

Как обнаружить рак?

— Неопластические заболевания часто диагностируются на поздней стадии, когда помочь пациенту очень сложно или совершенно невозможно. Поэтому один из основных способов заподозрить развитие рака – правильно и объективно оценить свое состояние. Например, появляется быстрое появление усталости на фоне длительного стресса, недосыпания, нерегулярного питания, незначительное повышение естественной температуры тела (37,0-37,2 градуса), изменение веса и другие симптомы», — поясняет медик. Пермский технический университет.

Следующим шагом в выявлении рака являются общие и специфические тесты. К сожалению, на ранних стадиях развития рака общие и биохимические анализы крови и мочи малоинформативны. Однако в сочетании с жалобами пациента это может помочь в ранней диагностике опухолей. Самый точный диагноз – проверить наличие онкомаркеров. К ним относятся СЕА – маркер рака желудочно-кишечного тракта, ПСА – маркер рака простаты и СА 15-3 – маркер рака молочной железы. Также используются аппаратные методы диагностики.

Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.

Кому следует регулярно проходить обследования?

Все люди должны регулярно проходить тестирование на рак. Проконсультируйтесь с врачом для уточнения необходимости сдачи анализов, особенно если вы заметили ухудшение здоровья.

В группе риска находятся люди, систематически контактирующие с канцерогенами, например, работающие на вредных работах. Больше других эксперты рекомендуют пройти тестирование людям с вредными привычками. Например, если вы курите более пяти лет, у вас может развиться рак легких или мочевого пузыря. В этом случае мы можем провести тест на опухолевые маркеры и наличие рака мочевого пузыря. Проверка оборудования. Регулярно проводятся ультразвуковые проверки. Люди с хроническими заболеваниями, такими как диабет, гастрит с низкой кислотностью, хронический гепатит и панкреатит, более склонны к развитию рака, поэтому проконсультируйтесь с врачом по поводу графика тестирования. Для людей старше 60 лет объем тестирования на возможный рак зависит от вашей истории болезни и должен быть рекомендован вашим врачом.

Опухоль — это орган? Взгляд ученого биофизика

— Многие исследователи считают раковые опухоли органами, поскольку они в ходе эволюции приобрели структурную форму, обладают функцией и способностью расти и распространяться. Аргументы, подтверждающие эту точку зрения, включают то, что опухоли взаимодействуют с окружающими тканями, «маскируются» от иммунной системы, создают собственное кровоснабжение и сигнальные сигналы, которые способствуют росту опухоли и влияют на весь организм, включая способность производить коммуникационные молекулы. В наших исследованиях мы придерживаемся этой точки зрения», — поясняет старший преподаватель кафедры прикладной физики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук Иван Красняков.

Как в Пермском Политехе прогнозируют развитие рака

Сравнительно недавно ученым удалось выделить ген флуоресцентного (светоизлучающего) белка GFP и интегрировать его в биологические системы, что позволило получать информацию от биологических систем. При наблюдении синтеза белка с помощью микроскопа можно наблюдать изменения его концентрации, распределения белка и разложения, а данные, полученные по результатам наблюдения, можно выразить следующим образом. Математические формулы – то есть представляют биологические процессы в виде математических формул и моделей.

— Математическим моделированием развития биологических систем занимается большое количество людей. Однако в области математического моделирования развития злокачественных опухолей выделяются следующие исследователи: Писмен Л. (Хайфа, Израиль), Колобов А.В. (Москва, Россия) и командой Пермского технического университета», — рассказывает биофизик ПНИПУ.

В настоящее время существует два основных подхода к разработке математических моделей онкологических заболеваний. Первый основан на непрерывной механике, а второй – на дискретном подходе. Дискретные подходы объединяют клеточные автоматы, модели, в которых состояние между ячейками меняется в зависимости от окружающих ячеек, модель сферических частиц, вершинную модель и модель деформируемых ячеек.

— Такой подход позволяет рассматривать индивидуальную динамику элементов общей системы как единое целое. Использование персонализированного подхода дает возможность изучать отдельные клеточно-специфичные процессы по всей опухоли. Например, можно рассмотреть эпителиально-мезенхимальный переход раковых клеток. Это процесс, при котором эпителиальные клетки, ранее плотно прикрепленные к другим клеткам, отслаиваются и начинают мигрировать по тканям. Он также учитывает такие вещи, как синтез белка, который влияет на способность здоровых клеток связываться друг с другом. Наша модель предполагает, что существуют раковые клетки, которые уже начали развиваться. Целью исследования является прогнозирование структурной морфологии раковых опухолей в процессе их развития, поясняет Иван Красняков.

Как это выглядит технически?

Команда ученых ПНИПУ создала модель развития карциномы — злокачественной опухоли, которая растет из эпителиальных тканей, таких как легкие, печень, почки и молочные железы. При этом выделяют несколько типов рака, каждый из которых имеет свою структурную морфологию. Для прогнозирования развития опухоли необходимо использовать специальную программу, создающую модель эпителия, состоящего из тысяч клеток, включая одну раковую. Формулы можно использовать для определения формы, движения и расположения клеток внутри карциномы, а также для демонстрации различий в поведении раковых и здоровых клеток. Таким образом, тип рака можно определить, взяв изображения уже развившегося рака и сравнив его с фотографиями срезов различных типов опухолей, используемыми Всемирной организацией здравоохранения. Это ускоряет диагностику.

Группа ученых ПНИПУ также разработала алгоритм, позволяющий автоматически классифицировать онкологические заболевания. Теоретически этот алгоритм можно применить к реальным изображениям срезов тканей. Биофизики ПНИПУ отметили, что для достижения этой цели необходимо усовершенствовать трудоемкие проблемы, связанные с предварительной обработкой изображений, путем их решения, а медицина внедрила и усовершенствовала такие методики.Компания заявила, что помогает врачам сократить время, необходимое для изготовления правильный диагноз, что является важной задачей клинической онкологии.

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: Как диагностируют рак врачи и биофизики — рассказали ученые Пермского Политеха.