Ультразвук - нова технологія лікування раку без операцій

Ультразвук уже давно допомагає лікарям заглядати всередину тіла, але окрім цього сфокусовані високочастотні звукові хвилі відкривають нові способи боротьби з раком.

Якби Чжен Сюй не дратувала своїх колег у лабораторії, вона, можливо, ніколи не відкрила б революційне лікування раку печінки.

На початку 2000-х, коли Сюй була аспіранткою кафедри біомедичної інженерії в Університеті Мічигану (США), вона шукала спосіб, який дозволив би лікарям знищувати й видаляти уражені тканини без хірургічного втручання.

Вона зосередилася на ідеї використання високочастотних звукових хвиль - ультразвуку - для механічного руйнування тканин і перевіряла свою теорію на свинячих серцях.

Ультразвук зазвичай не чутний людському вуху, але Сюй використовувала такий потужний підсилювач, що інші дослідники, які працювали з нею в одній лабораторії, почали скаржитися на шум.

"Усе одно нічого не працювало", - згадує вона.

Тож Сюй вирішила піти назустріч колегам і збільшила частоту ультразвукових імпульсів, щоб звук вийшов за межі сприйняття людиною.

На її подив, збільшення кількості імпульсів за секунду не лише позбавило дискомфорту колег, а й зробило ультразвук ефективнішим для живої тканини, ніж попередні методи.

На її очах у тканині свинячого серця менш ніж за хвилину з'явився отвір.

"Я подумала, що мені це сниться", - каже Сюй, яка нині є професоркою біомедичної інженерії в Університеті Мічигану.

Через десятиліття випадкове відкриття Сюй, відоме як гістотрипсія, стало одним із кількох підходів, що використовують ультразвук для відкриття нової ери сучасного лікування раку.

Ця технологія дає лікарям неінвазивний спосіб видаляти злоякісні пухлини за допомогою звуку замість скальпеля.

У жовтні 2023 року Управління з контролю за продуктами і ліками США (FDA) схвалило гістотрипсію для лікування пухлин печінки. Наступного року невелике дослідження, профінансоване компанією HistoSonics, створеною для комерціалізації технології Сюй, показало, що цей метод досяг технічного успіху у 95% випадків лікування пухлин печінки.

Хоча можливі побічні ефекти - від болю в животі до внутрішньої кровотечі - дослідження свідчать, що ускладнення трапляються рідко, а метод загалом безпечний.

У червні Велика Британія стала першою європейською країною, яка схвалила гістотрипсію. Лікування запровадили в системі NHS у межах пілотної програми Innovative Devices Access Pathway для медичних потреб, які досі залишалися незадоволеними.

"Люди зазвичай сприймають ультразвук як метод візуалізації", - каже Джулі Ерл, провідна дослідниця групи біомаркерів і персоналізованих підходів до лікування раку в іспанському Інституті досліджень здоров'я імені Рамона-і-Кахаля, яка вивчає цю технологію.

"Але все більше досліджень показують, що він також може знищувати пухлини, пригнічувати метастатичні захворювання (рак, що поширився на інші частини тіла) і підсилювати ефективність інших методів лікування - і все це без необхідності хірургічного втручання", - додає дослідниця.

Як працює ультразвук

Для багатьох людей слово "ультразвук" миттєво асоціюється з ультразвуковими знімками під час вагітності.

Щоб створити медичне зображення, подібне до сонограми, ручний датчик посилає у тіло високочастотні звукові хвилі, які відбиваються від внутрішніх тканин. Сенсор у пристрої вловлює хвилі, що повертаються назад, перетворюючи їх активність на електричні сигнали, які потім використовують для створення зображення того, що відбувається під шкірою.

У лікуванні раку ультразвукові хвилі концентруються на невеликій ділянці пухлини, щоб зруйнувати її.

Для лікування раку печінки пристрої для гістотрипсії спрямовують ультразвукові хвилі у фокусну зону розміром приблизно два на чотири міліметри – "фактично, це кінчик фломастера", каже Сюй.

Потім роботизована рука переміщує датчик над пухлиною, щоб точно націлити його на потрібну ділянку.

Ультразвук подається у швидких коротких імпульсах. Ці імпульси створюють крихітні "мікробульбашки", які розширюються, а потім стискаються за мікросекунди, розриваючи пухлинну тканину. Потім імунна система пацієнта може "прибрати" залишки зруйнованої тканини.

Уся процедура є швидкою, нетоксичною та неінвазивною, зазвичай дозволяючи пацієнтам повернутися додому того ж дня, пояснює Сюй.

Хоча точний час лікування може різнитися, більшість процедур тривають від однієї до трьох годин, за даними компанії HistoSonics. Пухлини часто знищуються за один сеанс, хоча пацієнтам із кількома або більшими ураженнями може знадобитися кілька сеансів лікування.

Попри багатообіцяльні переваги, щодо гістотрипсії залишаються відкриті питання. Наразі немає переконливих довгострокових даних про повторне виникнення раку після лікування.

Деякі дослідники висловлювали занепокоєння, що гістотрипсія потенційно може сприяти появі нових ракових утворень, адже пухлини розбиваються всередині тіла, а це може призвести до перенесення клітин в інші ділянки.

Проте, як зазначають вчені, у дослідах на тваринах цього явища поки що не спостерігали.

Гістотрипсія також може бути неефективною проти всіх видів раку, свідчать дослідження. Кісткова тканина може блокувати проходження ультразвуку до цільової ділянки, що робить неможливим лікування пухлин у певних місцях.

А використання гістотрипсії в органах, наповнених газом, таких як легені, може бути небезпечним, оскільки потенційно здатне пошкодити прилеглі здорові тканини.

Однак компанія HistoSonics зараз вивчає гістотрипсію як можливий метод лікування пухлин нирок і підшлункової залози.

"Підсмажити" рак за допомогою ультразвуку

Гістотрипсія не є першим випадком використання ультразвуку в онкології.

Високоінтенсивний сфокусований ультразвук (HIFU) – старіша й більш усталена технологія – також може застосовуватись для знищення пухлин.

Сфокусований імпульс ультразвуку спрямовується на пухлину, щоб створити тепло, яке фактично "підсмажує" тканину, пояснює Річард Прайс, співдиректор Центру імунотерапії раку за допомогою сфокусованого ультразвуку при Університеті Вірджинії (США).

"Якщо взяти збільшувальне скло і потримати його над сухим листком на сонці, листок може зайнятися полум'ям, – каже Прайс. – HIFU робить по суті те саме з раковою тканиною, тільки замість світла використовує звукову енергію".

В онкології HIFU, мабуть, найвідоміший як неінвазивний спосіб лікування раку передміхурової залози – метод, який, згідно з дослідженням 2025 року, є приблизно таким самим ефективним, як і хірургічне втручання.

Пацієнти можуть відчувати певний біль або побічні ефекти сечової системи після пробудження, але відновлення зазвичай відбувається швидше, ніж після інтенсивних методів лікування, таких як операція.

Обидві терапії – гістотрипсію та HIFU – зазвичай проводять під загальним наркозом, щоб пацієнти не рухалися під час процедури, мінімізуючи ризик випадкового пошкодження навколишніх органів або тканин. Але гістотрипсія, на відміну від HIFU, не створює тепла, яке може пошкодити здорові тканини поблизу.

Не всі види раку можна лікувати за допомогою HIFU – знову ж таки, кістки або газ можуть блокувати проходження ультразвуку до пухлин. Зазвичай цей метод не застосовують для пацієнтів, у яких рак передміхурової залози вже поширився по всьому тілу.

Проте дослідники в багатьох країнах вивчають можливість його використання для лікування інших видів раку, зокрема деяких форм раку молочної залози.

Ультразвук плюс інші препарати

Науковці зазначають, що потенціал ультразвуку можна значно посилити, якщо поєднувати його з іншими наявними методами лікування раку.

Нещодавні дослідження показують, що введення мікробульбашок у кровотік і стимуляція їх ультразвуком може тимчасово відкрити гематоенцефалічний бар'єр. Цей бар'єр зазвичай не дає токсинам у крові проникати до мозку й пошкоджувати його. Але навмисне відкриття бар'єра під час лікування раку може дозволити лікам досягти пухлин, які вони мають атакувати.

"Неінвазивність цього методу – чудова, але його можливості з доставлення ліків просто не мають аналогів", – каже Річард Прайс.

Діпа Шарма, наукова співробітниця Медичного наукового центру Sunnybrook в Онтаріо (Канада), зазначає, що ці переваги не обмежуються лише лікуванням раку мозку.

Вона досліджує поєднання ультразвуку та мікробульбашок для різних типів раку й з'ясувала, що воно може загалом покращити доставку препаратів.

Дослідження Шарми також показують, що мікробульбашки, активовані ультразвуком, можуть підсилювати ефект радіотерапії, пошкоджуючи судини пухлини, що призводить до більшого відмирання клітин.

Це свідчить про те, що лікарі можуть використовувати менші дози токсичних протиракових засобів, таких як хімієтерапія чи опромінення, якщо їх комбінувати з ультразвуком і мікробульбашками.

"Променева терапія справді лікує рак, але вона також спричиняє чимало довготривалих побічних ефектів", – каже Шарма.

Якщо її дію можна посилити завдяки мікробульбашкам, активованим ультразвуком, то лікарі зможуть теоретично застосовувати нижчі дози й досягати такого самого терапевтичного ефекту з меншими руйнівними наслідками.

Ультразвук також добре поєднується з імунотерапією – підходом, спрямованим на стимуляцію імунної системи до боротьби з раковими клітинами, які можуть уникати або приховуватись від природного захисту організму.

Коли сфокусований ультразвук нагріває й пошкоджує пухлини, здається, що він робить ці тканини більш помітними для імунної системи – і, відповідно, більш вразливими до її захисних механізмів, пояснює Прайс, чий дослідницький центр вивчає саме поєднання ультразвуку з імунотерапією.

Прайс зазначає, що одним із напрямів майбутніх досліджень є визначення, чи може таке поєднання працювати проти раку на пізніх стадіях. Метастатичний рак набагато важче лікувати, ніж локалізований, адже коли хвороба поширюється по тілу, вже недостатньо видалити одну пухлину.

"Святим Граалем" було б, якби лікарі змогли використовувати ультразвук, щоб "вивести одну пухлину з укриття", зруйнувавши її, і дати імунній системі змогу розпізнати її характеристики та запустити масштабну атаку проти ракових клітин у всьому тілі, каже Прайс.

Це ще не перевірено в жодних клінічних випробуваннях, але теоретично лікарі могли б "лікувати 10, 15, 20 пухлин, обробивши лише одну пухлину", додає він.

Попри це, клінічні випробування, що вивчають поєднання ультразвуку та імунотерапії, все ще перебувають на відносно ранніх стадіях, застерігає Прайс.

Це означає, що необхідно провести ще набагато більше досліджень, щоб зрозуміти, коли і яким чином цей комбінований підхід може змінити підхід до лікування пацієнтів - і чи зможе взагалі.

Втім, уже наявні методи застосування ультразвуку відкривають нову еру в онкології - еру, яка прагне замінити або хоча б покращити ефективні, але руйнівні методи лікування, такі як хірургія, хімієтерапія та променева терапія.

"Рак - це жахливо, - каже Сюй. - Але ще гірше те, що робить із людьми лікування від раку".

Ультразвук не є "чарівним засобом" проти раку, зауважує Сюй. Як і будь-яке медичне лікування, він має свої недоліки та обмеження.

Але так само, як колись вона змогла позбавити своїх колег у лабораторії від набридливого шуму, Сюй сподівається, що її відкриття - разом із відкриттями інших науковців - допоможе пацієнтам уникнути непотрібних страждань у майбутньому.