OncoSkanner – trzecie oko chirurga

Być może mieliście okazję przeczytać niedawny artykuł w Gazecie Wyborczej na temat urządzenia o nazwie OncoSkanner. To dzieło badaczy związanych z Wydziałem Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego. Miałem możliwość porozmawiać o tym niesamowitym urządzeniu z głównym badaczem, prof. Kazimierzem Orzechowskim.

Dwa milimetry zdrowia

Zacznijmy jednak od prostego wyjaśnienia – co to w ogóle jest ten OncoSkanner? Otóż nowotwory stanowią drugą co do liczebności przyczynę zgonów Polaków. Wśród kobiet rak piersi jest najczęściej występującym nowotworem złośliwym, odpowiada też za 14% zgonów nowotworowych wśród pań. Jest kilka metod leczenia tego typu nowotworów. Do najważniejszych zalicza się leczenie chirurgiczne – amputacja piersi, bądź, teraz częściej przeprowadzane, operacje zachowawcze polegające na wycięciu samego nowotworu wraz z niewielkim marginesem tkanki zdrowej.

Jak niewielkim? Przyjmuje się, że jeśli w zasięgu 2 mm od powierzchni wyciętego guza nie ma komórek nowotworowych, to wycięte zostało wszystko, co potrzeba. Niestety, tę analizę prowadzi histopatolog, do którego próbki docierają dopiero po operacji. A jeśli w dwa tygodnie po operacji dotrą wyniki i okazuje się, że nie wycięto dość? Cóż, w takim wypadku operację trzeba powtarzać.

Z takim właśnie problemem zmagają się chirurdzy onkologiczni. Pytanie, które jest kluczowe, to: ile wyciąć, żeby pacjentkę „jak najbardziej oszczędzić”, a jednocześnie wyciąć wszystko, co trzeba? I o tym właśnie problemie prof. Orzechowskiemu opowiadał jego przyjaciel, dr. Marek Rząca. Mówił, że w czasie operacji trudno jest się zorientować, gdzie dokładnie kończy się guz, a zaczyna zdrowa tkanka. Wbrew pozorom, po wyglądzie trudno jest je odróżnić. Wiele więc zależy od doświadczenia chirurga, od jego umiejętności oceny sytuacji, a czasem nawet od wrażliwości jego palców. Guz ma nieco inną konsystencję, co sprawia, że czasem da się go wyczuć.

Czym się różni guz?

Skoro jednak ma inną konsystencję, to znaczy, że musi się też różnić innymi właściwościami, jak na przykład zawartością wody i tłuszczu… A może czymś jeszcze innym? I tak od słowa do słowa, od idei do badań literaturowych… Okazało się, że już w latach 30 minionego wieku prowadzono nad tym badania. Ustalono wtedy, że tkanka nowotworowa od zdrowej różni się przenikalnością elektryczną. Przenikalność elektryczna jest to parametr, który opisuje wpływ pola elektrycznego na materię. Okazuje się, że tkanka nowotworowa, która ma strukturę przypominającą tkankę mięśniową, ma stosunkowo wysoką przenikalność. Z kolei tkanka zdrowa piersi dużo bardziej zbliżona jest do tłuszczu i ma niższą przenikalność.

Dlaczego więc już dawno naukowcy nie wykorzystywali tego sposobu? Nie potrafili poradzić sobie z jednym problemem. Otóż tkanki wycinane z ciała pacjenta na ogół zawierają sporo krwi i innych płynów ustrojowych. W takich płynach obecne są duże ilości różnych jonów, a co za tym idzie, dobrze przewodzą one prąd. To z kolei znacząco zaburza wyniki pomiarów przenikalności elektrycznej. Bohaterom naszej historii udało się ten problem rozwiązać, przy czym okazało się, że rozwiązanie jest bardzo proste. Okazało się, że trzeba zastosować tzw. elektrodę blokowaną, czyli wprowadzić jakąś nieprzewodzącą barierę pomiędzy elektrodę a badaną próbkę. W tym wypadku zastosowano specjalny foliowy woreczek, co pozwoliło rozwiązać jeszcze inny problem – urządzenia nie trzeba sterylizować i wystarczy, aby sterylny był tylko woreczek, w którym zostanie umieszczone urządzenie.

Jak wygląda OncoSkanner?

Skoro już piszemy o czymś tak abstrakcyjnym dla wielu z nas, jak o „elektrodzie blokowanej”, to warto wspomnieć o samej konstrukcji urządzenia. Jego sercem jest bardzo czuły elektroniczny układ pomiarowy, skalibrowany na działanie w zakresie około 100 MHz. Z tego układu na zewnątrz wyprowadzony jest sygnał elektryczny za pomocą tzw. otwarto-zakończonej, koncentrycznej sondy współosiowej. Wygląda to jak rurka z prętem w środku. Elektrody te, jak tłumaczy prof. Orzechowski, przenoszą falę elektromagnetyczną o częstotliwości około 100 MHz, co pozwala śledzić właściwości tkanki, z którą kontakt ma sonda. Przy tej właśnie częstotliwości, na pograniczu fal radiowych i mikrofal, różnice między tkanką zdrową i nowotworową są najlepiej widoczne.

Całość aparatury – poza końcówkami elektrod – zamknięto w estetycznej obudowie i zalano elastycznym polimerem, tak, żeby w środku nie było luźnej przestrzeni. Oznacza to wprawdzie, że w razie usterki nie da się naprawić urządzenia, ale z drugiej strony zmniejsza się prawdopodobieństwo uszkodzenia, np. w wyniku wstrząsu, upadku sondy itp., co mogłoby prowadzić do fałszywych wskazań. Od tych wskazań zależy przecież decyzja chirurga i powodzenie całej operacji. Urządzenie musi być niezawodne.

Boczek w służbie zdrowiu

A jak to OncoSkanner w ogóle powstał? Pierwsze wersje testowane były na… mięsie oraz boczku. Dlaczego? Ponieważ wystarczająco dobrze przypominały one – odpowiednio – tkankę nowotworową oraz zdrową, a jednocześnie nie wymagały uzyskiwania zgody od żadnej komisji bioetycznej. “Ale zaraz – zapytacie może – przecież na doświadczenia na zwierzętach również wymagana jest stosowna zgoda?” Owszem, to prawda, ale dotyczy to żywych zwierząt, w tym również zwierząt, które są zabijane na potrzeby badań. Jeśli do przeprowadzenia badań wystarczą Wam fragmenty zwierząt zabitych w innym celu – na przykład przetworzenia na żywność – hulaj dusza, możecie badać, co tylko chcecie.

No więc, w pierwszej kolejności naukowcy wybrali obiekt do testów laboratoryjnych. Przy czym – uwaga! – mięso musiało być zupełnie surowe, nie parzone – a taka jest procedura podczas uboju zwierząt. To niestety utrudnia uzyskanie odpowiedniego mięsa – trzeba się „dogadać” z rzeźnikiem bądź z konkretnym dostawcą, co nie zawsze jest takie proste. Ale w końcu udało się obiekty badawcze uzyskać, przetestować i dopracować urządzenie. I co dalej? Zaczęło się prowadzenie pomiarów na tkankach prawdziwych pacjentów. Badacze zaproponowali program testów i uzyskali pozwolenia Komisji Bioetycznej.  

To, że przenikalność tkanki nowotworowej jest wyższa niż tkanki zdrowej, to za mało. Aby móc zastosować urządzenie w praktyce trzeba było ustalić, czy guzy różnych pacjentek mają zbliżone parametry, czy też urządzenie trzeba kalibrować na konkretną osobę. Dlatego pierwsze wersje podłączone były do wyświetlacza podającego dokładną wartość liczbową mierzonego parametru, a chirurg notował i analizował wyniki pomiarów. Niestety, to nie miało szansy sprawdzić się w warunkach sali operacyjnej – powiedzmy sobie szczerze, chirurg w trakcie zabiegu ma ważniejsze sprawy na głowie, niż analizowanie cyferek. Potrzebuje prostego komunikatu: wyciąłem dostatecznie dużo i jest dobrze, wyciąłem za mało i muszę poprawić płaszczyznę cięcia.

Trzecie oko chirurga

Kolejne wersje urządzenia starały się być bardziej przyjazne dla użytkownika. Wersja, która aktualnie jest testowana, przy pomiarze zapala po prostu diody o odpowiednich kolorach. Jeśli zapali się dioda zielona, to znaczy, że jest OK, jeśli czerwona – wycięto za mało i należy wyciąć jeszcze kawałek. Prawda, że proste? Co więcej, aktualna wersja, nie wymaga kalibrowania na każdym pacjencie.

Okazuje się, że zakres wartości przenikalności przyjmowanych przez tkanki nowotworowe tak daleko odbiega od wartości tkanek zdrowych, że sondę wystarczy kalibrować podczas jej wytworzenia, a potem sprawdzać kalibrację raz do roku. Różnice pomiędzy poszczególnymi pacjentami są na tyle niewielkie, że można je tym wypadku pominąć. Trzeba tutaj podkreślić, że Oncoskanner nie zastąpi histologa. Wycięty materiał i tak musi zostać przebadany pod mikroskopem, urządzenie ma tylko wspierać szybkie podejmowanie decyzji na sali operacyjnej.

Pytam więc, czy to oznacza, że każdy może być chirurgiem? Cóż, okazuje się, że niestety nie. Jak tłumaczy prof. Orzechowski, Oncoskaner ma funkcjonować jako “trzecie oko chirurga”. Do przeprowadzenia operacji wciąż potrzeba dużej wiedzy oraz doświadczenia lekarza, a urządzenie ma pełnić funkcję wspomagającą. Dlaczego? Pomijając takie oczywistości, jak “potrzeba wiedzy i doświadczenia, żeby poradzić sobie z nieprzewidywalnymi okolicznościami”, czy “rozcinanie ludzi przez osoby postronne jest raczej nielegalne”, powód jest prosty: zdrowa tkanka piersi jest bardzo złożona. Są w niej różnego rodzaju elementy, jak zraziki, gruczoły, kanały mlekowe… W związku z tym chirurg musi się kierować wiedzą i własnym osądem decydując, co wyciąć. A przypominam, że OncoSkanner służy do badania tkanki już wyciętej. Dopiero po wycięciu guza chirurg może go sprawdzić omawianym urządzeniem.

Kolejne wyzwania

A jakie wyzwania teraz stoją przed wynalazkiem? Cóż, wprowadzenie go na rynek nie jest takie proste. Potencjał rynku krajowego dla urządzenia takiego, jak OncoSkanner oceniany jest na około 1000 urządzeń. Problem polega na tym, że trzeba przekonać chirurgów do wykorzystywania tego rozwiązania. Jak dotąd, przy pomocy najnowszej wersji urządzenia przebadano przeszło sto próbek pochodzących od kilkudziesięciu pacjentek.

To jednak nie wystarczy. Przed wynalazcami stoi potrzeba przeprowadzenia kosztownych testów klinicznych. Warto zauważyć, że z uwagi na to, że badania przeprowadzane są na już wyciętych tkankach, które i tak będą oceniane przez histologa, to użycie przyrządu nigdy nie pogorszy sytuacji pacjenta i z formalnego punktu widzenia badania kliniczne nie są konieczne. Aby jednak przekonać chirurgów, że OncoSkanner naprawdę działa, że przynosi pożytek pacjentom, trzeba to wykazać w niezależnych badaniach prowadzonych przez osoby inne niż twórcy urządzenia.

Przekonać nieprzekonanych

Badania prowadzone przez osoby zaangażowane w powstanie wynalazku, mogą być obarczone dodatkowym błędem. Dlaczego? Ponieważ konstruktorzy zbyt dobrze znają swoje urządzenie, a co za tym idzie są w stanie mimowolnie “kompensować” ewentualne wady jego działania. O co chodzi? Ktoś, kto ma dużo wprawy w wykorzystywaniu sprzętu, zna dokładnie jego budowę, jest w stanie się zorientować, kiedy dzieje się coś dziwnego, kiedy jego wskazania są niepewne, i powtórzyć pomiar w odpowiedni sposób, żeby uzyskać bardziej wiarygodny wynik. Samo w sobie jest to oczywiście bardzo dobre. Jednak w sytuacji, kiedy gra toczy się o zdrowie i życia pacjenta, trzeba udowodnić, że sprzęt będzie również działał w rękach osoby wprawdzie przeszkolonej, ale niezbyt doświadczonej. I temu właśnie mają służyć badania kliniczne.

Kiedy możemy się spodziewać wprowadzenia urządzenia na rynek? Jak tłumaczy prof. Orzechowski, chwilowo barierą są fundusze niezbędne do przeprowadzenia badań klinicznych. Firmie udało się uzyskać grant z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Niestety, nie finansuje on 100% kosztów – część firma musi zapewnić, jako wkład własny. W związku z tym trwają poszukiwania inwestora chętnego częściowo sfinansować badania.

Inwestor pilnie poszukiwany

A jak wyglądają dalsze plany wynalazców? Naukowcy wciąż pracują, aby udoskonalić urządzenie i rozwiązać dodatkowy problem, który pojawia się podczas operacji. Chodzi o to, żeby poza samym guzem oceniać również stan pobliskich węzłów chłonnych. Jak pewnie pamiętacie z lekcji biologii, to one odgrywają dużą rolę w hamowaniu rozprzestrzeniania nowotworów po organizmie.

 Działają one na zasadzie “filtrowania” limfy z komórek nowotworowych, które próbują się z nią przemieszczać. W związku z tym w czasie operacji rutynowo wycina się pierwszy węzeł od strony guza – tzw. “węzeł wartowniczy”. On właśnie zatrzymuje zdecydowaną większość komórek nowotworowych. Ale od czasu do czasu jakaś daje radę się prześlizgnąć. Wtedy najprawdopodobniej zatrzyma się na następnym węźle… i tak dalej, i tak dalej. W związku z tym czasem trzeba wyciąć jeszcze kolejne węzły. Ile? No właśnie, to jest kolejne pytanie, na które pomocniczej odpowiedzi dostarczyć może OncoSkanner.

Jaki więc będzie dalszy los urządzenia, które może poprawić zdrowie, zaoszczędzić stresu pacjentkom, a instytucjom finansującym ochronę zdrowia miliony złotych? Czy uda się je skomercjalizować, czy też podzieli smutny los polskiego grafenu? Wszyscy chyba liczymy na to pierwsze. A gdybyś, Drogi Czytelniku, miał wolne kilka milionów i szukał korzystnej inwestycji – odezwij się, a dostaniesz kontakt do wynalazców!

Źródła:

http://www.oncoscanner.com/

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781119127420.ch19

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25420307/

Zainteresowało Cię to, co czytasz? Chcesz wiedzieć więcej? Śledź nas na Facebooku, i – pozwól, że wyjaśnię!