Фантомные крысы и мыши заменят лабораторных животных

Российские ученые разработали трехмерные модели грызунов, чтобы сберечь живых животных на некоторых этапах исследований лучевой терапии рака.

В Томском политехническом университете (ТПУ) начали печатать на 3D-принтере искусственные копии лабораторных мышей и крыс для доклинических исследований радиотерапии онкологических заболеваний. Они сделаны из материалов, которые по своей реакции на излучение полностью соответствуют органам и тканям живых животных. Поэтому их называют дозиметрические фантомы, а еще их можно использовать многократно, в отличие от подопытных грызунов, сообщила пресс-служба университета.

Уникальная разработка томских ученых решает одновременно две важные задачи. Во-первых, с ее помощью можно правильно подобрать метод лучевой терапии для людей, больных раком. Радиотерапия – довольно радикальный способ борьбы с опухолями, и ее применяют в том числе на поздних стадиях, когда другие методы бессильны.  Под ее воздействием могут погибнуть не только злокачественные опухолевые клетки, но и здоровые. Поэтому облучению человека предшествует важная подготовка: сбор томографических данных места облучения, корректное очерчивание контуров опухоли и критических органов, выбор нужной дозы облучения, составление плана и его проверка с помощью дозиметрического фантома.

Второй момент – этический. Оттачивать каждую новую методику лучевой терапии сначала приходится на лабораторных животных.  Обычно для этого в доклинических исследованиях используются мыши и крысы. Но поскольку необходимо проводить много опытов, некоторые грызуны гибнут, прежде чем будут подобраны оптимальные параметры, которые можно переносить на людей. К тому же покупка и содержание лабораторных животных связаны с немалыми расходами.

 Ученые ТПУ учли все необходимые моменты при создании искусственных мышей и крыс. Они проанализировали томографические данные лабораторных животных, определили их точную анатомическую структуру. На основе этих данных были разработаны цифровые трехмерные модели тела и некоторых внутренних органов.  

«При этом мы занимались не только созданием фантомов, но и разработкой устройств для увеличения эффективности лучевой терапии и минимизации дозы облучения здоровых тканей»,

— говорит аспирантка Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Анна Григорьева.

Сами модели созданы из пластика двух видов. Мягкие ткани — это ПЛА-пластик или полилактид. Такой материал чаще всего используется в 3D-печати. Для костных тканей специально изготовили ПЛА-пластик с примесью меди. В готовом фантоме лабораторного животного есть кожа, головной и спиной мозг, мышечные, костные и легочные ткани.

«Разные типы мягких тканей, например, мышцы и жир, при изготовлении требовали тонких настроек печати, но в итоге нам удалось максимально приблизить нашу модель к реальным характеристикам животного. А используемый пластик позволил имитировать свойства взаимодействия с ионизирующим излучением, как если бы это взаимодействие было с реальными тканями. Модель должна быть максимально приближена к реальной анатомии животного, принимая во внимание расположение и размеры внутренних органов и систем»,

— рассказывает руководитель научной группы, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Сергей Стучебров.

Сообщается, что это исследование проводилось при финансовой поддержке гранта Министерства науки и высшего образования России.

О лабораторных животных заботятся не только в Томске. В Университете ИТМО в Санкт-Петербурге ученые разработали тест-систему на основе листа шпината для испытания лекарств. Разработка представляет собой целлюлозный каркас, из которого удалили растительные клеточные компоненты, кроме стенок. Она позволяет сберечь жизнь мышей, кроликов и других подопытных животных. Так, шпинат стал промежуточным звеном между клеточными культурами и организмом животных для экспериментов с новыми лекарственными соединениями.

Фото: пресс-служба ТПУ