Наноразмерные исследования могут улучшить методы выявления и отслеживания злокачественных клеток
Физик Игорь Соколов, профессор машиностроения в Университете Тафтса, использует атомно-силовую микроскопию (AFM) для изучения клеток на наноуровне. Его работа сосредоточена на поиске физических различий между раковыми и здоровыми клетками для более ранней и точной диагностики.
Взгляд на рак
В серии экспериментов за последние пять лет Соколов и его коллеги изучали клетки рака шейки матки и мочевого пузыря. Они обнаружили, что поверхностный слой, окружающий раковые клетки — перицеллюлярный щеточный слой — заметно отличается от слоя здоровых клеток.
В статье 2009 года в Nature Nanotechnology команда сообщила:
- В здоровых клетках наблюдался относительно однородный щеточный слой.
- В раковых клетках был двухуровневый щеточный слой: редкие длинные «волоски» и густые короткие «щетинки».
Когда ученые «опыляли» культуры клеток флуоресцентными частицами, те прилипали к раковым клеткам, создавая видимый глазу градиент.
Фрактальная «бомба замедленного действия»
Команда обнаружила ключевое различие в признаке, называемом «фрактальная размерность». Фракталы — это «самоподобные» паттерны, выглядящие одинаково в разных масштабах.
При изучении поверхности клеток с помощью AFM исследователи увидели практически 100% разницу во фрактальной размерности нормальных и раковых клеток (результаты опубликованы в Physical Review Letters в 2011 г.).
В более поздних, еще не опубликованных работах, удалось определить, что эта фрактальная геометрия возникает на определенной, промежуточной фазе прогрессирования рака. Это может помочь не только диагностировать болезнь, но и отслеживать ее развитие.
«Пока то, что мы видели, довольно точно, гораздо точнее, чем все, что доступно врачам для диагностики рака шейки матки сегодня», — говорит Соколов. Он отмечает, что обычный ПАП-тест (мазок Папаниколау) склонен давать ложноположительные результаты и пропускать ранние стадии рака.
Будущие направления
Исследовательская группа Соколова также работает над другими нанотехнологическими подходами к диагностике рака. Они уже разработали высокоскоростной тест высокого разрешения для изучения изменений в клетках при озлокачествлении.
В долгосрочной перспективе рассматривается идея создания наночастицы, патрулирующей организм и меняющей цвет при обнаружении угрозы.
«Как бомба замедленного действия, некоторые из этих клеток станут раковыми. На ранних стадиях рак довольно легко уничтожить, поэтому ранняя диагностика может помочь его искоренить», — говорит Соколов.