При лечении многих видов рака врачи часто используют комбинацию химиотерапии с другими видами лечения. Используемые цитостатические агенты предназначены для нацеливания на быстрорастущие раковые клетки. Но есть небольшая последовательность в том, как разные пациенты реагируют на различные методы лечения: даже при работе с одним и тем же типом опухоли наблюдаются огромные различия в реакции опухолевых клеток на определенное лечение.
То, что сильно помогает одному человеку, может мало повлиять на другого. Благодаря тестированию на химиочувствительность in vitro можно подобрать наиболее эффективное лекарство для каждого пациента до начала лечения. Загвоздка в том, что современные методы тестирования чрезвычайно дороги и не покрываются стандартными планами медицинского страхования, а это означает, что этот индивидуальный подход к лечению опухолей редко применяется на практике.
«До сих пор эти испытания в основном проводились вручную», — объясняет биолог Кэролайн Зигерт из Института производственной инженерии и автоматизации им.
Фраунгофера IPA. Ученые из медицинских лабораторий начинают с механического разрушения образца опухоли, а затем используют ферменты для создания суспензии отдельных клеток.
Затем они культивируют клеточную смесь в течение семи дней в присутствии различных цитостатических агентов, что позволяет им увидеть, какой препарат оказывается наиболее эффективным. «Выполнение различных этапов вручную делает этот способ тестирования не только очень дорогим, но и более подверженным ошибкам», — говорит Зигерт, ссылаясь на недостатки метода, используемого до настоящего времени. «Ручные методы выделения клеток обеспечивают сравнительно низкий выход образцов. Более того, помимо опухолевых клеток, образцы, используемые для тестирования, как правило, содержат множество других типов клеток, любой из которых способен повлиять на результат теста."
Ученые из проектной группы Fraunhofer IPA по автоматизации в медицинской инженерии и биоинженерии PAMB решили заняться этим вопросом.
Вместе с коллегами из Universitats-Frauenklinik Tubingen и DITABIS Digital Biomedical Imaging Systems AG они разработали автоматизированную тестовую систему, которую они назвали DiagnoSYS. Полное название, стоящее за названием: «Инновационная диагностическая система для автоматизированных персонализированных анализов химиочувствительности».
Система оптимизирует тесты на химиочувствительность, используемые до сих пор: процесс начинается с автоматизированного механического разрушения и ферментативной подготовки образца ткани. Затем ученые используют сортировку клеток, активированных магнитными шариками, чтобы увеличить выход опухолевых клеток.
Это включает в себя оснащение антител магнитными частицами. Эти «магнитные» антитела распознают и связываются со специфическими структурами на поверхности опухолевых клеток, что позволяет целенаправленно отделить опухолевые клетки от остальной части образца.
Затем опухолевые клетки культивируют вместе с различными цитостатическими агентами.
Ученые используют анализ люминесценции АТФ, чтобы оценить, какие лекарства успешно убивают раковые клетки, а какие — нет.
В живых клетках АТФ (аденозинтрифосфат) является универсальным источником энергии. Ученые обрабатывают образец люминесцентным красителем, что позволяет им использовать анализ для определения количества АТФ.
Чем ниже концентрация АТФ в образце, тем эффективнее препарат.
Процесс полностью автоматизирован и проводится в стерильных условиях. Это повышает качество и стабильность анализа по сравнению с тестами, проводимыми вручную.
Кристиан Рейс, руководитель группы инженерии биопроцессов в Fraunhofer PAMB, описывает преимущества этого процесса: «Помимо оптимизации и стандартизации анализа опухолей, автоматизация в основном помогает сделать его рентабельным. Теперь можно будет доставлять наиболее эффективные лекарственные препараты, подходящие для каждого отдельного онкологического пациента."И, помогая исключить неэффективные курсы химиотерапии, новый метод может даже помочь снизить расходы на здравоохранение.
Модульная структура системы, то есть ее можно легко адаптировать к меняющимся требованиям, является еще одним преимуществом.