Специалисты Томского госуниверситета (ТГУ) создали метод экспресс-диагностики многих заболеваний по выдыхаемому воздуху и капле крови. Распознать заболевание, в том числе рак, таким способом можно даже на начальной стадии, сообщает РИА «Новости».
Исследователи лаборатории лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения ТГУ рассчитали молекулярные профили, характерные для разных заболеваний на основе математического моделирования. Для каждого профиля были созданы смеси маркерных молекул с определенной концентрацией. С помощью этих профилей специалисты обучили искусственный интеллект. Тестировали результаты, используя образцы биологические жидкости и ткани от больных. «Наш метод диагностики основан на компонентном анализе тканей, биологических жидкостей или выдыхаемого воздуха на молекулы-биомаркеры. Для этого мы используем современные приборы — рамановский микроскоп, терагерцевый спектрометр, газоанализаторы», — рассказал Денис Вражнов, один из разработчиков, сотрудник лаборатории.
Авторы нового метода считают, что диагностика на основе молекулярных профилей является более точной по сравнению с использованием отдельных маркерных молекул, а применение искусственного интеллекта при интерпретации данных минимизирует риск ошибок. Они уверены, что в будущем всю процедуру анализов можно выполнять полностью автоматически.
О молекулярном составе тканей или жидкостей можно судить по спектральным характеристикам света. Используя конфокальный рамановский спектрометр и терагерцевый спектрометр, ученые в ходе экспериментов обнаружили, что форма профиля может быть индикатором развития онкозаболеваний, таких как меланома (рак кожи) и глиома (агрессивная форма рака мозга). Эти результаты были подтверждены на приборах. «Глядя на спектральный профиль, можно сказать, какие реакции происходят в организме, как он реагирует на внешние раздражители, на вирусы, бактерии», — пояснил Денис Вражнов.
Глиома диагностируется обычно при МРТ на поздних стадиях. Новый метод позволяет обнаружить заболевание по капле крови. «Мы изучали, как изменяется молекулярный состав тканей мозга у мышей, которым подсаживали раковые клетки, в результате чего у них развивалась глиома. Оказалось, что у здорового мозга один профиль, а у больного — совершенно другой. Более того, мы обнаружили, что он различный для опухоли и воспаления», — пояснил исследователь.
Анализ молекулярных профилей достоверно выделяет в образце сыворотки крови метаболиты предонкологического воспаления и позволяет заметить развитие опухоли мозга на начальной стадии. Ученые считают, что диагностировать можно будет и другие виды опухолей. Сейчас они формируют электронную базу данных, занося информацию об изменениях крови при разных онкозаболеваниях. Ей будет пользоваться в дальнейшем ИИ для анализа исследуемых образцов.
Кроме того, томские исследователи разработали молекулярные профили, чтобы определять заболевание по составу воздуха, который выдыхает человек. Они усовершенствовали методику химанализа на газоанализаторе, используя машинное обучение. «Изменения в обмене веществ отражаются на составе крови, которая омывает легкие. За счет газообмена маркерные молекулы, которые сопутствуют какому-то патологическому процессу, поступают в выдыхаемый воздух, и мы их улавливаем с помощью газоанализатора», — объяснил ученый.
Для диагностики анализируется соотношение концентрации соединений, содержащихся в воздухе. С помощью молекулярных профилей можно распознать ковид, туберкулез, болезни сердца. «Все эти заболевания меняют состав выдыхаемого воздуха. Наш прибор работает в очень широком диапазоне и может «ловить» большое количество маркерных молекул», — пояснил Денис. Метод уже проверили в клинических условиях на пациентах с туберкулезом. Хорошие результаты показали испытания среди добровольцев с первичным инфарктом миокарда. Кроме того, был проведен эксперимент по диагностике психических заболеваний.
Исследователи провели анализ образцов выдыхаемого воздуха у людей, страдающих от депрессии, шизофрении и биполярного расстройства. Затем сравнили результаты с теми, которые были получены от контрольной группы, и установили специфические химические изменения, соответствующие каждому из данных диагнозов. Также изучили изменение маркеров после лечения пациента. В отдельных случаях спектр не изменился, что свидетельствует о неполном выздоровлении. По мнению авторов, предложенная методика может стать первым объективным инструментом для оценки эффективности лечения в психиатрии. В данной области традиционно опираются только на субъективное мнение врача.
Сотрудники лаборатории провели необычный эксперимент в кинотеатре. Предположив, что состав химических веществ, выделяемых организмом, зависит от психологического состояния человека, они собрали пробы воздуха в кинозале во время показа напряженного фильма. Анализ проб выявил «коллективный профиль стресса», который усиливался по мере нарастания напряжения сюжета. Исследователи считают, что разработанная методика на основе молекулярных профилей может широко применяться в медицине, а также криминалистике, системах контроля и других сферах.
Ранее «ФармМедПром» писал, что исследователи ТГУ разработали инновационные составы для создания медицинских изделий способом 3D-печати, а также оборудование для их производства. Разработчики намерены сделать отечественное устройство и компоненты для 3D-печати не уступающими импортным аналогам.
