Газета «Новости медицины и фармации» 6 (404) 2012

Миниатюрный ускоритель частиц — протонное оружие для убийства  злокачественных опухолей

Начиная с 1990-х годов врачи в различных странах пытались использовать протонные лучи вместо радиоактивного излучения для лечения раковых злокачественных опухолей. Протонная терапия более точна, и она наносит меньше ущерба здоровым тканям человеческого организма. Но, к сожалению, для того чтобы получить луч протонов достаточной мощности, требуется ускоритель частиц размерами с ангар для самолета и стоимостью более чем 100 миллионов долларов. Таким образом, установки протонной терапии остаются большой редкостью, в настоящее время таких установок во всем мире насчитывается всего 37 штук. С их помощью в прошлом году было проведено лечение 10 тысяч человек, менее пяти процентов от общего количества пациентов, которым могла бы помочь протонная терапия.

Ученые и инженеры компании Compact Particle Acceleration Corporation (CPAC), находящейся в Ливерморе (Калифорния), занимаются разработкой ускорителя частиц длиной всего 4 метра, стоимость которого не будет превышать 30 миллионов долларов. Большинство ускорителей используют огромные постоянные или электрические магниты для того, чтобы выработать мощное постоянное магнитное поле, разгоняющее частицы. Использование таких магнитов требует бетонных защитных барьеров толщиной до трех метров и большого количества сопровождающих аппаратных средств.

Опытный образец ускорителя CPAC для ускорения частиц использует не просто магнитное поле, а электро­магнитное поле, возбуждаемое специальными электрическими линиями-резонаторами, использование которых не требует массивного ограждения и громоздкого дополнительного обору­дования.

Конечно, в составе ускорителя CPAC имеются и магниты. Но эти магниты служат лишь для того, чтобы извлечь положительно заряженные протоны из объема водородной плазмы, вырабатываемой двойным плазматроном, дуоплазматроном. Отклоняющая магнитная система фокусирует протоны в плотный поток, поступающий в инжектор, где микроволновые электромагнитные поля разгоняют частицы до скоростей порядка 8 миллионов километров в час.

Одновременно с этим специальный лазер вырабатывает мощный световой импульс, который расщепляется на несколько пучков, подаваемых в оптоволоконные линии различной длины. Эти импульсы света, попадающие на поверхность резонаторов, изготовленных из специального материала, приводят к высвобождению материалом свободных электронов, что позволяет получить импульс электромагнитного поля с заданными характеристиками. Последовательность таких импульсов позволяет разогнать протонный луч до скорости почти в 540 миллионов километров в час, приблизительно до половины скорости света. Всем этим процессом управляет специализированный высокоточный таймер, который строго в заданные моменты времени включает или отключает магниты, лазер и другие элементы конструкции ускорителя, заставляя их действовать как единая система.

В протонной терапии требуется об­работка злокачественной опухоли лучом протонов с различных углов. Разработчики ускорителя посчитали, что вместо того, чтобы двигать четырехметровую конструкцию ускорителя вокруг пациента, легче передвигать самого пациента так, как это требуется. Для этого в состав установки включено специальное автоматизированное кресло, которое обладает несколькими степенями свободы перемещений, что позволяет повернуть или наклонить пациента в любое требуемое для обработки положение.

Создано универсальное медицинское диагностическое устройство

Компания Scanadu, специализирующаяся на разработке и производстве медицинской техники, создала универсальный медицинский сканер, так называемый трикодер, идея которого была взята из научно-фантастического сериала «Звездный путь». С его помощью можно измерять наиболее важные параметры человеческого организма, такие как кровяное давление, температура, дыхание и другие, а затем передать их на смартфон пациента. Это устройство можно использовать для первоначальной диагностики, что поможет избежать вызова неотложной помощи в случаях, когда пациенту не требуется срочной помощи медицинского персонала.

Создана первая 3D-модель молекулы белка,  предотвращающего возникновение раковых  заболеваний

Группа ученых из Института исследований рака имени Битсона (Глазго, Великобритания), используя точную рентгенографию, создала первую в мире трехмерную модель белка c-Cbl — белка, играющего ключевую роль в про- цессе защиты организма от раковых и других онкологических заболеваний. Функцией белка c-Cbl в организме является регуляция процесса размножения клеток. И в случае неактивного состояния этого белка в организме начинается процесс неуправляемого чрезмерного деления клеток, приводящий к возникновению ракового заболевания. Также у больных лейкемией зачастую наблюдаются дефекты структуры этого белка. Разработка метода, с помощью которого можно будет искусственно активировать белок c-Cbl, является одним из перспективных направлений в вопросе профилактики и лечения раковых заболеваний.

В активизированном состоянии белок c-Cbl соединяется с молекулой клеточного рецептора, активируя ее для дальнейшего разрушения, это служит своеобразным сигналом для клеток к прекращению процесса дальнейшего их деления. Если белок c-Cbl находится в неактивном состоянии, он не способен связать молекулы клеточных рецепторов. В здоровых клетках клеточный рецептор служит своего рода усилителем сложного комплексного сигнала, управляющего процессом нормального деления клеток. Но в раковых клетках эти сигналы не отключаются в нужные моменты, и это приводит к безудержному делению и увеличению количества злокачественных клеток.

«Понимание того, как устроен белок c-Cbl, и знание его точной структуры жизненно важны для людей, у которых он не активируется естественным образом и у которых есть очень большой риск заболеть раковым заболевани- ем, — рассказывает доктор Дэнни Хуань (Dr. Danny Huang). — Получение трехмерной модели этого белка является большим шагом к созданию методов лечения рака и лекарственных препаратов будущего».

Система дополненной реальности поможет астронавтам в будущем проводить  хирургические операции прямо в космосе

Космос — это огромное пространство, и, как говорится, сколько не кричи, никто не услышит. А астронавты, находящиеся на пути к Марсу или другим планетам, могут столкнуться с проблемами со здоровьем, которые могут потребовать немедленного хирургического вмешательства. И в космосе вряд ли можно будет рассчитывать на помощь извне, хирургические операции придется проводить самим астронавтам друг на друге. И поможет им в этом новая система дополненной реальности, которая будет накладывать компьютерную графику на тело и органы пациента, шаг за шагом руководя действиями астронавта-хирурга.

В основе новой системы дополненной реальности лежит система Computer Assisted Medical Diagnosis and Surgery System, CAMDASS, которая уже работает на борту Международной косми- ческой станции (МКС) и используется для ультразвуковой медицинской диагностики. Целью специалистов Европейского космического агентства, которые работают над дальнейшим развитием системы, являются помощь и руководство действиями неподготовленного человека при проведении операций и выполнении других медицинских процедур.

Человек, использующий систему CAMDASS, надевает на голову специальные «очки» со встроенным дисплеем, способным формировать трехмерные изображения, и камерой, отслеживающей положение и движения прибора ультразвуковой диагностики. Маркеры, расположенные в ключевых точках тела пациента, обеспечивают привязку системы к телу человека и калибровку дисплея.

Специалисты ЕКА уже приступили к испытаниям прототипа усовершенствованной системы CAMDASS вместе с врачами, медработниками и студентами в больнице университета Сан-Пьера в Брюсселе. Использование системы CAMDASS позволило неопытным студентам качественно провести процедуру ультразвуковой диагностики и произвести некоторые другие действия совершенно без посторонней помощи.

Система дополненной реальности, разрабатываемая ЕКА, может стать полезной и найти массу применений еще задолго до первого полета людей на Марс. С помощью такой системы можно существенно поднять качество медицинской диагностики и хирургической помощи в развивающихся странах и в местах, удаленных от цивилизации, таких как антарктические научно-исследовательские станции.