Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci Centra pokročilého preklinického zobrazování (CAPI) 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy jdou při zobrazování různých tkání těla „na dřeň“, respektive na molekulu. Pomocí molekulárního zobrazování mohou zviditelnit procesy probíhající v těle, najít ložiska nádorů, zánětu a třeba i lokalizovat transplantované buňky.
„Pro 1. lékařskou fakultu je CAPI významným vědeckým centrem, jehož potenciál a udržitelnost považuji za úspěch nejen v českém, ale i mezinárodním měřítku. Uživatelé z celé fakulty, VFN, akademické obce z Prahy, ale třeba i z Olomouce nebo Košic si našli cestu do našeho centra a přinesli nové nápady a přístupy. Proběhly také první preklinické studie, testující vlastnosti nových slibných léků. Podařilo se nám získat i grantovou podporu z MŠMT a z českých i evropských grantových projektů. Dotace slouží jak na provoz centra, tak na nákup nových přístrojů a konkrétní výzkumné projekty,“ uvedl k prvnímu roku fungování CAPI děkan 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy prof. MUDr. Aleksi Šedo, DrSc.
Zobrazovací metody „na molekulu“
CAPI má za sebou první rok fungování. Díky finanční podpoře z evropských grantů se podařilo vybudovat jedno z nejmodernější preklinických zobrazovacích center na světě, kde vědci mohou vyšetřovat malá laboratorní zvířata (nejčastěji myši nebo potkany, ale vedle hlodavců i ptáky, hmyz, rybičky a třeba i zkamenělé fosilie). Vysoce sofistikované přístroje umožní neinvazivně nejenom získat anatomickou informaci o uspořádání vnitřních orgánů a struktur, ale pomocí kontrastních látek s afinitou k hledané buňce a molekule i místo jejich lokalizace.
Většina zobrazovacích technik, které v CAPI využívají, již nyní v humánní medicíně v diagnostice pomáhá, ale vědci používají i metody, které se k pacientům ještě nedostaly. Jednou z nich je MPI (Magnetic Particle Imaging). MPI je jednou z molekulárních zobrazovacích metod, které jsou zatím používány v biomedicínském výzkumu lidských onemocnění pouze na malých laboratorních zvířatech. Pomocí superparamagnetických nanočástic tzv. „SPIONů“ dokážou vědci označit cílové tkáně či cévní řečiště a zachytit je na snímku. Na rozdíl od současných zobrazovacích metod je tento postup bez rizika radiace či rentgenového záření.
Na mezinárodní konferenci o zobrazování magnetických částic (7th International Workshop on MPI), kterou v březnu letošního roku CAPI spolu s 1. LF UK v Praze hostilo, se sešli vědci z celého světa, kteří pracují na tom, aby se tato metoda co nejdříve dostala do klinického využití u pacientů. „Američtí vědci na konferenci ukázali možné využití MPI pro zjišťování aktivace oblastí v lidském mozku. To je dnes dostupné pomocí tzv. funkční magnetické rezonance, ale MPI umožní celé vyšetření výrazně zrychlit a zpřesnit. V Kalifornii již pracují na vývoji potřebného zařízení; možnost vývoje diagnostického MPI pro lidi zvažují také v Japonsku,“ poukazuje na posuny v neurologické diagnostice přednosta Centra pokročilého preklinického zobrazování (CAPI) 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy RNDr. Luděk Šefc.
Diagnostika a terapie v jednom
„Firma Philips, která již vyvinula první prototyp lidského skeneru, demonstrovala, že pomocí MPI lze například magneticky navádět katetr do cévního řečiště, aby se správně dostal k místu určení. Předvedli, že tímto způsobem je možné zavést kapsli s radioaktivním izotopem cévním řečištěm k nádoru, tam kapsli rozšroubovat, ozářit lokálně nádor, kapsli opět zašroubovat a spolu s radioizotopem zase vytáhnout z těla ven,“ upozorňuje na možná další využití MPI doktor Šefc.
Současným trendem vědeckého výzkumu v medicíně je tzv. teranostika – tedy propojení diagnostiky a terapie. „Za pomocí radioaktivně označené látky, např. protilátky nebo látky, která se akumuluje v nádoru, dokážeme rakovinné bujení vizualizovat. Použitá látka ale zároveň v nádoru zůstává a zničí jej. V rámci probíhajícího výzkumu se nám tímto způsobem podařilo vyléčit skupinu myší s nádorovým onemocněním,“ poukazuje na reálné výstupy centra dr. Šefc.
CAPI se vedle zobrazovacích služeb pro vědce věnuje vlastnímu výzkumu a také výchově postgraduálních studentů (přípravě nových vědců). „Významným projektem, na kterém spolu s českou firmou Advacam (spin-off firma založená na Českém vysokém učení technickém) pracují dva zdejší postgraduální studenti, je testování pixelových detektorů. Ty dokážou zachytit všechny fotony, které na ně dopadají, a zaznamenat jejich energii. Umožní to provádět tzv. spektrální CT vyšetření, které při podstatně nižší expozici radiačnímu záření umí detekovat i měkké tkáně, což běžný rentgen dosud neumožňuje,“ říká přednosta CAPI.
Jak se tyto detektory mohou v budoucnu zasadit o lepší zdraví lidí? „Firma Advacam je jediná na světě, která dokáže tyto detektory vyrobit v dostatečné kvalitě a velikosti. Detektory se zatím vyrábí v malém počtu a jsou velmi nákladné (až miliony korun). Pokud by se ale začaly vyrábět sériově, cena by poklesla a mohly by se poté instalovat do vyšetřovacích přístrojů, čímž by se výrazně zvýšila citlivost i přesnost,“ vysvětluje Luděk Šefc. „Nové detektory navíc umožňují snímat objekt extrémně rychle. Snímali jsme rychlostí tisíc snímků za minutu tlukot myšího srdce, které bije až 800 úderů za minutu,“ dodává vědec a připomíná, že takový posun ve vyšetřování by pacientům významně snížil i riziko onemocnění, které souvisí s dávkou radiace absorbované pacientem při vyšetření.
„V současnosti je vyšetření CT obecně nadužíváno a dávky záření nejsou malé. Testované detektory by mohly být základním kamenem vývoje přístroje, který by umožňoval dávky radikálně snížit a šetřit pacientovo zdraví,“ domnívá se dr. Šefc.
Věda pro praxi
CAPI je také centrem projektů klinických lékařů, kteří zde provádějí výzkum, jenž má posunout léčbu konkrétního onemocnění. Příkladem je třeba výzkum v oblasti regenerační medicíny, kde lékaři z Kliniky plastické chirurgie 1. LF UK využívají magnetickou rezonanci a průtokovou cytometrii k výzkumu mezenchymálních kmenových buněk, perspektivních pro terapii řady onemocnění nebo kosmetických zásahů. Vědci spolu s lékaři analyzují, jak se tyto buňky, získávané z tuku při liposukcích vstřebávají či zda zůstávají v místě aplikace.
Vědci pracují také na výzkumu v oblasti terapie lymfedému – otoku vzniklý městnáním lymfatického systému – který vzniká poškozením lymfatických cév po amputaci prsu (mastektomii). Pokud není konzervativní léčba účinná, lze transplantovat lymfatické uzliny a znovu napojovat lymfatické cesty. V CAPI lékaři testují kombinaci chirurgické léčby za použití kmenových buněk a dodávání růstových faktorů pro lepší uchycení a regeneraci transplantovaných štěpů lymfatických uzlin.
Za zvuků molekul
Strategickým plánem CAPI je také pořízení dalšího unikátního přístroje – preklinického ultrazvuku s vysokým rozlišením (35 µm) a fotoakustickým modulem. V České republice půjde o první přístroj svého druhu. Fotoakustika je velmi nová zobrazovací metoda, založená na vyvolání zvukové vlny světelným (laserovým) impulzem. Laserový paprsek pronikne do tkáně, kde dojde k lokálnímu zahřátí a excitaci cílových molekul. Ty potom vyšlou vibraci – zvukovou vlnu – kterou můžeme s velkou přesností lokalizovat ultrazvukovou sondou. Využití fotoakustiky může přinést významné zlepšení diagnostiky a léčby některých metabolických poruch, kožních nádorů a případných mozkových onemocnění. Může usnadnit detekci karcinomu prsu, melanomu, zásobení tkání kyslíkem, metabolické aktivity nádorů i umožnit in vivo histologii. „Pomocí přístroje budeme schopni nejen detekovat nádor, jeho umístění a tvar, ale například vizualizovat jeho prokrvení, protože přístroj dokáže rozlišit oxidovaný a neoxidovaný hemoglobin. Můžeme tedy pozorovat, kudy do nádorů vtéká a vytéká krev, kde je nekrotická část nádoru, a dle toho zvolit léčbu,“ uzavírá dr. Luděk Šefc.
