Сенсорные биочипы диагностируют и лечат рак
Предсказать, будет ли противораковый препарат оказывать помощь конкретному больному, очень сложно. Только треть лекарств оказывает положительное воздействие на конкретного пациента. Исследователи из Heinz Nixdorf Chair for Medical Electronics at the Technische Universitaet Muenchen (TUM, Германия) разработали новый метод тестирования противораковых препаратов. С помощью микрочипа они могут установить, реагируют ли клетки раковой опухоли больного на данное лекарство. Такой чип может в будущем помочь перейти к индивидуальному подбору лекарств для лечения каждого пациента.
Рак – вторая по статистике причина смерти в странах западного мира. По данным немецкого Центра исследования рака в Гейдельберге ежегодно около 450000 человек заболевают раком только в Германии. И хотя в распоряжении врачей, занимающихся лечением таких больных, много противораковых препаратов, для наибольшей эффективности лечение должно проводиться с учетом индивидуальных особенностей больного и типа раковой опухоли. Если лекарство правильно подобрано только со второй-третьей попытки, пациент теряет драгоценное время, и раковая опухоль продолжает расти.
В будущем необходимую помощь в таких случаях смогут оказать миниатюрные лаборатории. Такая «lab-on-chip» лаборатория представляет собой прибор, сделанный, например, из стекла, размером всего в несколько миллиметров. С помощью биоэлектронных датчиков прибор наблюдает за жизнеспособностью клеток. Чипы находятся в маленьких лунках, так называемых микротитровальных планшетах, и контактируют с клетками опухоли пациента. Робот меняет культуральную жидкость в каждой лунке с микрочипом с интервалом всего несколько минут. Микросенсоры на чипе записывают, среди прочего, изменения кислотности среды и потребление клетками кислорода. Кроме того, с помощью микроскопа, находящегося под микротитровальной планшетой, делаются фотографии процесса. Все данные поступают в компьютер, соединенный с системой, который обеспечивает полный анализ метаболической активности опухолевых клеток и их жизнеспособности.
В камере, где находятся роботы и микротитровальные планшеты, поддерживаются показатели среды – температура и влажность – соответствующие условиям в человеческом организме.
После того, как через несколько часов опухолевая клетка спокойно разделится, робот применяет противораковый препарат. Если в течение следующих двух дней метаболическая активность клеток падает, действующее вещество препарата способно убить раковые клетки, что подтверждает его эффективность. Одновременно микрочип может протестировать 24 активные вещества или их комбинации.
Выигрыш во времени для больного - не единственное преимущество. Доктор Хельмут Гроте (Helmut Grothe), объясняет: «Применение неэффективного противоракового препарата иногда ведет к развитию резистентности к другим препаратам». С помощью чипа-микросенсора резистентность раковых клеток может быть обнаружена сразу.
Еще одним преимуществом системы является ее автоматизация. Робот работает быстрее и точнее, чем любой человек. Поэтому результаты анализа могут быть получены быстро, что в конечном итоге сказывается и на стоимости. Более того, возможность проверки опухолевых клеток на чувствительность к сразу нескольким активным веществам облегчает поиск эффективных средств для индивидуального применения. В будущем фармацевтические компании смогут использовать микрочип и для разработки новых препаратов.
В рамках другого исследовательского проекта ученые из Heinz Nixdorf Chair разрабатывают сенсорный чип для контроля роста раковой опухоли. Чип, имплантированный вблизи опухоли, сможет высвобождать противораковые препараты или обезболивающие средства только когда наблюдается опухолевый рост. Высвобождение активного вещества будет контролироваться электрическими импульсами. Такая система может использоваться при лечении неоперабельных опухолей, например, опухолей поджелудочной железы.
В Heinz Nixdorf Chair уже разработаны микрочипы для использования в других областях научных исследований. Например, один из них – для анализа качества воды в реках. В этом случае небольшой насос через равные промежутки времени берет образцы воды и отправляет их в сенсорный чип с водорослями. Так как водоросли очень чувствительны к токсичным веществам и реагируют на малейшие загрязнения, они исключительно удобны для анализов воды. Метаболическая активность водорослей, измеряемая по продукции ими кислорода, в присутствии токсинов снижается меньше чем за минуту. Данные, записанные сенсорной системой, передаются на компьютер, который поднимает тревогу. За эту систему группа ученых из TUM в 2008 году получила премию от Баварской энергетической компании.
Источник: www.lana.alpe.ru
Рак – вторая по статистике причина смерти в странах западного мира. По данным немецкого Центра исследования рака в Гейдельберге ежегодно около 450000 человек заболевают раком только в Германии. И хотя в распоряжении врачей, занимающихся лечением таких больных, много противораковых препаратов, для наибольшей эффективности лечение должно проводиться с учетом индивидуальных особенностей больного и типа раковой опухоли. Если лекарство правильно подобрано только со второй-третьей попытки, пациент теряет драгоценное время, и раковая опухоль продолжает расти.
В будущем необходимую помощь в таких случаях смогут оказать миниатюрные лаборатории. Такая «lab-on-chip» лаборатория представляет собой прибор, сделанный, например, из стекла, размером всего в несколько миллиметров. С помощью биоэлектронных датчиков прибор наблюдает за жизнеспособностью клеток. Чипы находятся в маленьких лунках, так называемых микротитровальных планшетах, и контактируют с клетками опухоли пациента. Робот меняет культуральную жидкость в каждой лунке с микрочипом с интервалом всего несколько минут. Микросенсоры на чипе записывают, среди прочего, изменения кислотности среды и потребление клетками кислорода. Кроме того, с помощью микроскопа, находящегося под микротитровальной планшетой, делаются фотографии процесса. Все данные поступают в компьютер, соединенный с системой, который обеспечивает полный анализ метаболической активности опухолевых клеток и их жизнеспособности.
В камере, где находятся роботы и микротитровальные планшеты, поддерживаются показатели среды – температура и влажность – соответствующие условиям в человеческом организме.
Это защищает опухолевые клетки от внешних воздействий,
которые могли бы привести к некорректности анализов.
После того, как через несколько часов опухолевая клетка спокойно разделится, робот применяет противораковый препарат. Если в течение следующих двух дней метаболическая активность клеток падает, действующее вещество препарата способно убить раковые клетки, что подтверждает его эффективность. Одновременно микрочип может протестировать 24 активные вещества или их комбинации.
Выигрыш во времени для больного - не единственное преимущество. Доктор Хельмут Гроте (Helmut Grothe), объясняет: «Применение неэффективного противоракового препарата иногда ведет к развитию резистентности к другим препаратам». С помощью чипа-микросенсора резистентность раковых клеток может быть обнаружена сразу.
Еще одним преимуществом системы является ее автоматизация. Робот работает быстрее и точнее, чем любой человек. Поэтому результаты анализа могут быть получены быстро, что в конечном итоге сказывается и на стоимости. Более того, возможность проверки опухолевых клеток на чувствительность к сразу нескольким активным веществам облегчает поиск эффективных средств для индивидуального применения. В будущем фармацевтические компании смогут использовать микрочип и для разработки новых препаратов.
В рамках другого исследовательского проекта ученые из Heinz Nixdorf Chair разрабатывают сенсорный чип для контроля роста раковой опухоли. Чип, имплантированный вблизи опухоли, сможет высвобождать противораковые препараты или обезболивающие средства только когда наблюдается опухолевый рост. Высвобождение активного вещества будет контролироваться электрическими импульсами. Такая система может использоваться при лечении неоперабельных опухолей, например, опухолей поджелудочной железы.
В Heinz Nixdorf Chair уже разработаны микрочипы для использования в других областях научных исследований. Например, один из них – для анализа качества воды в реках. В этом случае небольшой насос через равные промежутки времени берет образцы воды и отправляет их в сенсорный чип с водорослями. Так как водоросли очень чувствительны к токсичным веществам и реагируют на малейшие загрязнения, они исключительно удобны для анализов воды. Метаболическая активность водорослей, измеряемая по продукции ими кислорода, в присутствии токсинов снижается меньше чем за минуту. Данные, записанные сенсорной системой, передаются на компьютер, который поднимает тревогу. За эту систему группа ученых из TUM в 2008 году получила премию от Баварской энергетической компании.
Источник: www.lana.alpe.ru
Medcentre.com.ua Медицинский информационный ресурс 
Комментарии