​​​​​​​Электрические поля вселяют новую надежду в борьбе с агрессивным раком мозга

Более десяти лет назад профессор нейрохирургии в Медицинской школе Шулиха при Западном университете (Канада) Мэтью Хебб лечил пациентов с болезнью Паркинсона с помощью глубокой стимуляции мозга, имплантируя крошечные электроды в мозг и подавая электрические сигналы для контроля тремора. Он задался вопросом, можно ли использовать ту же базовую технологию против рака мозга. Хебб взял образцы опухолей, удаленных во время операции, и привез их в свою лабораторию, имплантировал электроды и стимулировал раковые клетки. Опухоли отреагировали.

Это неожиданное наблюдение положило начало многолетним исследованиям того, что сейчас называется интратуморальной модуляционной терапией (ИМТ) — оригинального подхода, использующего электрические поля низкой амплитуды для подавления роста глиобластомы, одного из самых агрессивных и трудноизлечимых видов рака головного мозга.

Теперь исследовательская группа под руководством ученых Западного университета сделала еще один шаг к потенциальному внедрению этой технологии из лаборатории в практику лечения пациентов. Последнее исследование, опубликованное в журнале Neuro-Oncology Advances, показывает, что ИMT может безопасно доставлять более сильные динамические электрические поля непосредственно к глиобластоме, значительно замедляя при этом рост опухоли головного мозга в экспериментальной модели на животных.

Исследовательская группа, в состав которой входили Хебб, профессор физики и астрономии Юджин Вонг, профессор медицинской биофизики Терри Питерс, профессор анатомии и клеточной биологии Сюзанна Шмид и научный сотрудник Эрин Иредейл, зафиксировала восьмикратное снижение роста опухоли, измеренное с помощью биолюминесценции, и пятикратное снижение объема опухоли, измеренное с помощью магнитно-резонансной томографии, после семи дней лечения.

Для Иредейл, первого автора исследования, которая работает над проектом ИMT со времен получения степени бакалавра, результаты представляют собой еще один важный шаг на пути к лечению, которое, как она надеется, однажды сможет помочь пациентам. «Это междисциплинарный вопрос, — сказала Иредейл. — Нам нужны специалисты из разных областей, обладающие собственным опытом, чтобы объединиться для решения этой огромной проблемы в здравоохранении».

Глиобластома — это разрушительный рак, который начинается в клетках или тканях головного мозга. Даже при современных методах лечения, включая хирургическое вмешательство, лучевую и химиотерапию, средняя продолжительность жизни пациентов с этим заболеванием составляет чуть более года. Одна из проблем заключается в том, что клетки глиобластомы быстро делятся, несмотря на агрессивное традиционное лечение, что приводит к рецидивам, главным образом вблизи места операции. Иммунотерапия направлена ​​непосредственно на этот процесс.

Вместо использования электричества для точечного сжигания или разрушения опухоли, этот метод лечения предполагает воздействие хронических электрических полей низкой амплитуды, которые препятствуют делению раковых клеток. «Когда мы воздействуем на эти клетки электрическим полем, это препятствует их нормальному делению, — сказал Иредейл. — Поэтому процесс клеточного деления как бы застопоривается».

Точные биологические механизмы все еще изучаются, но команда неоднократно наблюдала снижение роста опухолей при воздействии электрических полей.

Идея зародилась в ходе ранних экспериментов Хебба, а затем получила дальнейшее развитие благодаря участию физиков и биомедицинских исследователей. Глубокая стимуляция мозга обычно работает на частотах, предназначенных для вызывания неврологического ответа. Однако для лечения рака цель иная. Исследователи увеличили частоту стимуляции, чтобы воздействие было направлено на опухоль, не вызывая нежелательных последствий для нормальной ткани мозга. В результате получился метод лечения, разработанный для уничтожения раковых клеток, при этом окружающая ткань мозга остается практически неповрежденной.

Иредейл присоединилась к проекту  в 2016 году, будучи студенткой, изучавшей медицинскую физику и прикладную математику. Ее привлекла возможность сочетания физики и математики с практической целью оказания помощи пациентам — интерес, который в конечном итоге привел к защите докторской диссертации по медицинской биофизике, где ее исследования были сосредоточены на разработке системы планирования лечения для IMT.

Работа Иредейл в лаборатории Хебба помогла решить одну из главных проблем лечения опухоли головного мозга: точное управление направлением электрического поля и его силой. В последнем исследовании, проведенном на крысах, команда впервые использовала несколько электродов в живом мозге для создания динамического электрического поля. Три электрода были имплантированы вокруг опухоли. Сдвигая фазу электрических сигналов, подаваемых каждым электродом, исследователи создали электрическое поле, которое вращается во времени. Такой подход помогает более полно покрыть опухоль, уменьшая вероятность образования «холодных зон», где раковые клетки могут ускользнуть от лечения.

«По сути, мы определяем местоположение опухоли методом триангуляции, — сказал Иредейл. -  Мы используем электроды для воздействия на очень специфические участки, обеспечивая доставку электрической стимуляции к опухоли и одновременно регулируя количество энергии в каждой точке».

Исследователи использовали компьютерное моделирование, чтобы определить, как поля будут распределяться по мозгу, а затем подтвердили эти предсказания прямыми электрическими измерениями. Важно отметить, что лечение не вызвало никаких неврологических побочных эффектов или признаков повреждения головного мозга, подтвержденных данными визуализации.

Новая система планирования лечения призвана в конечном итоге помочь врачам персонализировать ИМТ для каждого пациента. Врач может предоставить МРТ-снимок пациента, и система рассчитает, куда следует имплантировать электроды и какие параметры стимуляции следует использовать для обеспечения необходимого охвата опухоли.

Исследования продвинулись от изучения раковых клеток до моделей на животных, и хотя потребуется дополнительная работа, прежде чем лечение можно будет протестировать на людях, команда уже разрабатывает прототип с целью перехода к первым клиническим испытаниям на людях. «Я надеюсь, что через пять-десять лет IMT пройдет начальные клинические испытания для проверки его эффективности против глиобластомы, — сказала Иредейл. - После этого мы сможем увидеть, как он станет частью вариантов лечения, доступных пациентам с раком головного мозга».

Игорь НАУМОВ
По материалам Medical Xpress.