Картинки молекул: Наблюдаем отдельные молекулы

«ПМ» продолжает серию публикаций о новых технологиях, которые обязательно изменят мир. Часть VI
Популярная механика
Популярная механика редакция

При главном Массачусетском госпитале есть Центр изучения методов молекулярной визуализации. Это суматошное заведение, примостившееся рядом со старыми военно-морскими верфями. Там Умар Махмуд при помощи цифровой камеры заглядывает сквозь шкуру живой мыши и видит растущую опухоль. При помощи флюоресцирующих веществ, маркеров, и калиброванных фильтров радиолог на самом деле видит влияние рака на молекулярном уровне: разрушительные энзимы, выделяемые опухолью, появляются на экране компьютера Махмуда в виде мазков красного, желтого и зеленого. В будущем, по словам исследователя, такие системы помогут диагностировать заболевания у людей в самой ранней стадии и помогут создать более эффективные методы терапии. Молекулярная визуализация — это не один метод, а общее название целой группы методик. Они позволяют ученым наблюдать за генами, протеинами и другими молекулами внутри человеческого тела. Это направление получило бурное развитие благодаря успехам в клеточной биологии, изучении биохимических агентов и компьютерном анализе. Группы ученых по всему миру совместно исследуют методики магнитной, ядерной и оптической визуализации молекул и их взаимодействий, лежащих в основе биологических процессов. В отличие от рентгена, ультразвука и других «обычных» методов, дающих врачам только самые общие анатомические сведения (скажем, размер опухоли), новые методы помогут находить причины, лежащие в основе болезни. Например, появление необычного протеина в скоплении клеток может означать начало рака. Махмуд помогает технологии выйти в производство, то есть попасть на столы лечащих врачей.

Но найти отдельную молекулу в среде клеточной активности не так просто. Когда исследователи вводят маркер, который привязывается к молекуле, они сталкиваются с проблемой — как отличить связанный маркер от несвязанных. Махмуд, совместно с химиками, разработал «умные маркеры», которые изменяют яркость свечения или магнитные свойства, когда встречаются со своей мишенью. Директор Центра методов молекулярной визуализации в Университете имени Вашингтона в Сент-Луисе Дэвид Пивинца-Вормс считает, что это очень важное достижение. Этот метод, объясняет он, «позволяет видеть выбранные протеины и энзимы, что недоступно стандартным отслеживающим методикам». В ходе революционных экспериментов группа Махмуда лечила мышей, больных раком, при помощи лекарства, которое было призвано заблокировать выработку энзима, способствующего росту опухоли. Затем исследователи ввели флуоресцирующие вещества — маркеры, призванные показать присутствие этого энзима. На оптическом сканере обработанные опухоли демонстрировали куда меньшее свечение, чем необработанные. Таким образом был продемонстрирован потенциал работы в реальном времени. При обычных исследованиях приходится ждать месяцами, ожидая, уменьшится ли размер опухоли. По словам директора Программы молекулярной визуализации при Национальном институте рака США Джона Хофмана, главная цель — выбрать оптимальный курс лечения пациента и затем регулярно проверять, скажем, воздействует ли препарат на конкретный рецептор. К тому же, технология может применяться для обнаружения раковых «сигналов», которые предшествуют анатомическим изменениям иногда на месяцы и годы. Таким образом можно избежать хирургического вмешательства, в результате которого хирурги берут пробы тканей для проведения диагностики. Махмуд утверждает, что подобную практику можно будет значительно сократить в пользу визуализирующих методов. В его лаборатории идут клинические испытания методики магнитного резонанса для определения роста кровеносных сосудов, что обычно является ранним признаком развития опухоли и других изменений в организме. Клинические испытания более сложных технологий, таких как упомянутые выше методы визуализации при исследовании рака у мышей, еще впереди, они планируются через пару лет. Перспективы таковы: в течение десяти лет методы молекулярной визуализации могут занять место современных мамограмм, биопсий и других диагностических процедур. «И хотя эта технология не заменит обычные методы полностью, — говорит Махмуд, — она окажет, тем не менее, глубочайшее влияние как на медицинские исследование, так и на лечение пациентов». В самом деле, по мере того как результаты работы Умара Махмуда по соседству с верфью становятся все более ясными, новая важная отрасль биотехнологии поднимает паруса.

MIT Technology Review (c)2003