Ученые из разных сфер объединились для адаптации астрофизических методов моделирования
взаимодействия света с веществом к задаче поиска и лечения опухолей. Авторы
продемонстрировали возможность использования созданных для изучения задач
переноса излучения в космосе программ в области диагностики и терапии меланомы
при помощи наночастиц. Доклад с результатами работы был зачитан на съезде
Королевского астрономического общества Великобритании.

Стандартной задачей в
астрофизике является проблема переноса излучения, то есть перемещения энергии в
виде электромагнитных волн и ее взаимодействие с материей. Подобные вопросы
встают в самых разных ситуациях, таких как звездные атмосферы или межзвездные
туманности. В этих случаях необходимо учитывать такие процессы как излучение,
поглощение и переизлучение света различных частот разнообразными компонентами
среды. В частности, это позволяет выяснить состав вещества в глубине тел.

В большинстве случаев
из-за множества факторов и сложной формы объектов невозможно в явном виде
решить получающиеся уравнения, поэтому используются численные методы решения,
которые реализуются при помощи специальных программ. Одним из таких продуктов
является код Torus, созданный астрофизиками из Эксетерского университета в Великобритании. 

Недавно авторы этого программного обеспечения добавили в него возможность просчитывать прохождение света сквозь живую плоть.
Для этого не потребовалось переписывать всю программу, так как, несмотря на
огромную разницу в масштабах, физические законы взаимодействия остаются теми
же самыми. Благодаря этому по-прежнему возможно получение аналогичных
результатов, например, об оптических свойствах ткани, которые должны меняться в
случае появления новообразования.

Этой возможностью в сотрудничестве
с авторами программы решил воспользоваться Чарли Джейнс (Charlie Jeynes). Его
идея заключается в использовании астрофизических методов моделирования для оптимизации
диагностики и лечения рака кожи золотыми наночастицами и другими методами
персонализированной медицины.

Терапия опухолей
наночастицами развивается в рамках концепции тераностики — медицинского
подхода, объединяющего персонализированную диагностику и терапию. Следуя этой
идее один препарат должен одновременно помогать выявить недуг и помочь
избавиться от него, при этом будучи адаптированным под конкретного пациента.

Среди прочего медики
надеются, что наночастицы помогут в диагностике и лечении онкологических заболеваний. Предполагается, что они смогут играть как роль контрастного агента, позволяя
выявить на изображениях пораженную заболеванием ткань, так и будут отвечать за ее
уничтожение, рассеивая свет и убивая клетки вблизи себя нагревом. Для этого, однако, необходимо точно понимать, сколько энергии света попадет на заданную глубину в
тело человека, что требует реалистичного моделирования тканей человека с учетом
их структуры, морфологии, различных компонентов и других параметров.

Также ученые собираются
применять астрономические методы для разработки активируемых светом лекарств,
которые высвобождают активное вещество при получении определенного
электромагнитного сигнала, а также для улучшения диагностики рака груди, что
становится возможным благодаря крошечным скоплениям кальция, создаваемым
пораженными клетками. Изменение длины волны проходящего сквозь такие отложения
света может стать новым быстрым и неинвазивным диагностическим методом, который
позволит снизить необходимость в биопсии.

«Достижения в
фундаментальных науках никогда не должны рассматриваться как что-то происходящее в
изоляции, — говорит Джейнс. — Астрономия в этом смысле не является исключением:
созданные в ее рамках открытия и технологии пригодятся обществу, несмотря на
невозможность предсказать это заранее. Наша работа является примером этого, и я
искренне рад, что мы помогаем нашим коллегам-медикам вести войну против рака».

Ранее ученые создали нейросеть, которая может помочь снизить дозу излучения при компьютерной томографии, а новый алгоритм помог радиологам найти аневризму в головном мозге.

Тимур Кешелава