Termoablacja prądem o częstotliwości radiowej to stosowana już od jakiegoś czasu mało inwazyjna metoda leczenia chirurgicznego. Polega ona na wprowadzeniu do środka guza – pod kontrolą obrazowania tomograficznego, ultrasonograficznego lub rezonansem magnetycznym – elektrody w kształcie igły, której końcówka generuje prąd przemienny o wysokiej częstotliwości. Konsekwencją tego jest wzrost temperatury do ok. 50°C, w wyniku czego dochodzi do martwicy i zniszczenia tkanki w obrębie nowotworu.

A gdyby tak bez igły? Skoncentrowaną wiązką fal? Okazuje się, że można, może jeszcze nie dziś, ale w niedalekiej perspektywie.

Dr hab. inż. Tamara Kujawska, prof. PAN, z Zakładu Ultradźwięków Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN otrzymała właśnie grant NCN na projekt pt. „Zautomatyzowane dźwiękowe leczenie nowotworów”. Najprościej mówiąc, pracuje ona nad urządzeniem, które pozwoli nieinwazyjnie (przezskórnie) niszczyć pierwotne lite guzy raka piersi za pomocą skupionej wiązki fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu, bo tym w istocie zajmuje się ten projekt, choć jeśli badania zakończą się sukcesem, może się okazać, że umożliwi skuteczne „wypalanie” również innych rodzajów złośliwych guzów.

– Fale ultradźwiękowe są generowane przez piezoelektryczny przetwornik. Jeśli przyłożymy do jego elektrod napięcie zmienne, to zaczyna drgać. Drgania wywołują fale rozchodzące się w ośrodku, do którego są generowane – tłumaczy prof. Kujawska. – Oczywiście fale muszą się propagować w odpowiedni do naszych celów sposób. Chcemy bowiem otrzymać wiązkę skupioną w określonym miejscu, dlatego przetwornik ma kształt czaszy o odpowiednio dobranej geometrii i parametrach akustycznych. Energia akustyczna fal w miejscu ich skupienia zamieni się na energię cieplną. Pomiędzy przetwornikiem a skórą chorego będzie woda, która ma stanowić warstwę dopasowującą i jednocześnie chłodzącą, niedopuszczającą do oparzeń skóry. W miejscu skupienia wiązki (w ognisku), które jest nacelowane na wnętrze leczonego narządu, temperatura osiągnie co najmniej 56°C. Doprowadza ona do nieodwracalnych zmian w komórkach i niszczy je, a o to właśnie chodzi. Poza tym, dzięki zastosowaniu programowalnego systemu precyzyjnego pozycjonowania i skanowania ogniska po całej objętości guza, proces termoablacyjnego niszczenia guza można zautomatyzować.

Z jubilerską precyzją

Pierwszym problemem, z jakim trzeba się uporać, jest optymalizacja parametrów przetwornika grzejącego, zarówno geometrycznych, takich jak średnica czy długość ogniskowej, jak i akustycznych, m.in. częstotliwość rezonansowa, amplituda ciśnienia, długość i częstotliwość powtarzania generowanych impulsów. Trzeba ustalić, jakie one powinny być, aby generowane przez przetwornik fale wnikały pod skórę, nie parząc jej, docierały do guza i niszczyły każdy jego kawałek w bardzo krótkim czasie, który zależy od tych wszystkich parametrów.

– Aby zniszczyć cały guz, musimy odpowiednio zaprogramować trajektorie ruchu grzejącej wiązki sterowanej komputerowo – tłumaczy prof. Kujawska. – To urządzenie musi zatem mieć możliwość przesuwania wiązki w przestrzeni za pomocą trójwymiarowego systemu pozycjonowania. Przy tak precyzyjnym zabiegu nie można działać na ślepo, dlatego w przetworniku grzejącym będzie otwór, a w nim umieszczona głowica obrazująca USG. Dzięki temu operator będzie widział, co się dzieje. Chodzi przecież o to, byniszczyć chore tkanki, nie uszkadzając zdrowych. To będzie iście jubilerska precyzja.

Urządzenie, którego projekt już jest, ma wyglądać mniej więcej tak: W dnie łaźni wodnej będzie zamontowany przetwornik generujący skupioną wiązkę fal. Nad nim woda, w której nanurzony będzie brzuch pacjenta leżącego na specjalnym leżu, a powyżej układ sterujący ruchem i mogący przesuwać leże oraz ustawiać je pod odpowiednim kątem.

Schab i szczury na początek

Cała konstrukcja mechaniczna i akustyczna została już opracowana i pod koniec przyszłego roku powstanie prototyp urządzenia. Na razie w skali mikro, bowiem najpierw trzeba się będzie nauczyć posługiwać tym urządzeniem, ustalać odpowiednie parametry metodą prób i błędów. Pierwszym królikiem doświadczalnym do prób in vitro będzie… schab. Mówiąc ściślej, po prostu mięso wieprzowe. Nie od dziś wiadomo, że nasze i świńskie tkanki mają zbliżoną budowę. Kiedy tworzący się właśnie zespół prof. Kujawskiej nauczy się już obsługi, opracuje parametry, będzie to prawdopodobnie 2018 rok, wtedy urządzenie trafi do Instytutu Medycyny Doświadczalnej PAN i rozpoczną się próby in vivo na szczurach. Projekt ma trwać trzy lata.

Przezskórna, nieinwazyjna metoda, w porównaniu z chirurgiczną oraz radio– czy chemioterapią, ma dużo zalet. Minimalizuje ból, efekty uboczne, zmniejsza ryzyko powikłań, wpływa zdecydowanie lepiej na samopoczucie pacjenta – nie ma blizn, jest także znacznie tańsza w porównaniu z operacją chirurgiczną.

Urządzenie, które powstanie, będzie miało jeszcze jedno istotne zastosowanie.

– Do leczenia nowotworów opracowywana jest również inna technologia, polegająca na tym, że lek – chemioterapeutyk – wprowadza się do organizmu w postaci małych, wypełnionych nim pęcherzyków, tzw. liposomów. Kumuluje się on w chorych tkankach. Za pomocą skupionych fal ultradźwiękowych o odpowiednich własnościach, generowanych przez zaproponowane urządzenie, będzie można wprowadzić te pęcherzyki w drgania, które spowodują ich pękanie i lokalne uwalnianie leku – wyjaśnia prof. Kujawska.

Urządzenie będzie więc testowane wszechstronnie, zgodnie z dwoma jego przyszłymi zastosowaniami. Kiedy zacznie już funkcjonować, może się okazać, że jest bardziej uniwersalne i może być stosowane do niszczenia również i innych guzów nowotworowych nie tylko raka piersi, lecz także i innych narządów. 