По сравнению с кровотоком в здоровых тканях опухолевый кровоток является ненормальным, и эти отклонения могут быть зафиксированы с помощью новых методов визуализации. Поэтому исследователи создали бесплатную программу HemoSYS, которая позволяет ученым количественно оценить эти отклонения на основе данных визуализации, полученных из опухолей в живых животных.
По словам Джанаки Сенаратна, научного сотрудника лаборатории Патхака и один из создателей программы, изучение архитектуры кровеносных сосудов и динамики их кровотока в опухолях может дать представление о прогрессировании рака и его метастазировании. Этот подход может ускорить разработку новых методов лечения, нацеленных на кровеносные сосуды опухоли, чтобы ограничить поступление питательных веществ в нее и кислорода. HemoSYS также может привести к более эффективной доставке уже доступных лекарств путем картирования колебаний кровотока в сосудах, питающих опухоль.
Кровеносные сосуды опухоли являются ее жизненно важным каналом для выживания и роста, обеспечивая ее питательными веществами, а также дают возможность опухолевым клеткам распространяться в другие части тела. Эти сосуды часто растут непостоянно и создают аномальные паттерны кровотока, что делает их огромным препятствием для эффективной доставки терапевтических средств.
«Ненормальный кровоток затрудняет прогнозирование эффективности лечения, и если недостаточное количество лекарственного средства доставляется в опухоль, рак может рецидивировать или развить устойчивость к лечению или усиливать вредные побочные эффекты».
Арвинд Патхак, доцент кафедры радиологии и биомедицинской инженерии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса.
Исследователи Джона Хопкинса предупреждают, что инструмент исследования пока не имеет прямого отношения к опухолям человека. Но, говорит Патхак, «поскольку наша способность получать изображения с высоким разрешением в клинике улучшается, мы надеемся, что этот инструмент можно адаптировать, чтобы обеспечить неинвазивный способ анализа колебаний кровотока при раке отдельного пациента и помочь в индивидуальной настройке их терапии».
Для разработки HemoSYS лаборатория Pathak Lab привлекла биомедицинских инженеров и биофизиков для разработки точных и эффективных способов количественного определения «многовариантных» данных, состоящих из опухолевого кровотока, объема крови и изображений оксигенации. Для сбора каждой из этих переменных данных от опухолей, имплантированных животным, использовали другой тип источника света.
«Как правило, исследовательская лаборатория, изучающая эти системы кровеносных сосудов, должна обладать обширным опытом в обработке изображений для количественной оценки взаимосвязи между этими измерениями. HemoSYS позволяет исследователям, не имеющим опыта программирования, проводить анализ этих многомерных данных изображений».
Арвинд Патхак, доцент кафедры радиологии и биомедицинской инженерии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса.
Программа HemoSYS использует фундаментальные инженерные принципы для анализа и интеграции различных видов данных, собранных различными методами визуализации. Эти данные позволяют ученым строго картировать весь «гемодинамический ландшафт» изучаемой опухоли. Результатом является красочная, но информативная визуализация, которая показывает взаимосвязь между кровотоком, оксигенацией и опухолевыми клетками в ярких красных, синих и зеленых тонах.
Система позволяет врачам увидеть, что в опухоли может быть область с низким содержанием кислорода, вызванным плохим кровотоком, или увидеть, что в области мало кислорода, хотя в ней наблюдается повышенный объем крови. Программу можно адаптировать к взаимодействию с другими методами визуализации — таких как МРТ, УЗИ и динамическая КТ.