Фантомы лабораторных животных для доклинических исследований при онкологических заболеваниях разработали ученые ТПУ - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Фантомы лабораторных животных для доклинических исследований при онкологических заболеваниях разработали ученые ТПУ

09.08.2022

Ученые Томского политехнического университета нашли способ, как можно снизить количество мелких лабораторных животных, использующихся для проведения доклинических исследований в области лучевой терапии онкологических заболеваний. Они разработали дозиметрический фантом — трехмерные модели лабораторной крысы и мыши, которые полностью могут заменить настоящих животных на некоторых этапах исследований.

Работа проводилась научной группой ученых, инженеров и студентов под руководством доцента Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Сергея Стучеброва. В их числе инженеры Ангелина Булавская и Анна Григорьева, доцент отделение ядерно-топливного цикла ТПУ, медицинский физик и научный сотрудник отделения радиотерапии НИИ онкологии Томского НИМЦ РАН Ирина Милойчикова и студенты Елизавета Бушмина, Валерия Куйвалайнен и Юлия Зубкова.

«Проблема онкологических заболеваний крайне актуальна. В клиническую практику вводятся новые методы облучения. Планы лечения усложняются. Требуется проведение доклинических исследований. Мы занимаемся не только созданием фантомов, но и разработкой устройств для увеличения эффективности лучевой терапии и минимизации дозы облучения здоровых тканей. В качестве прототипов для создания моделей мы использовали мышей и крыс, как наиболее распространенных видов животных, применяемых в доклинических исследованиях», — рассказывает аспирантка Анна Григорьева.

Для лечения онкологических заболеваний наряду с другими методами используется лучевая терапия (ЛТ). При ее проведении гибнут не только клетки злокачественных новообразований, но и здоровые клетки организма. Чтобы минимизировать негативный эффект, необходимо правильно планировать терапию: получить томографические данные места облучения, корректно оконтурить опухоль и критические органы, выбрать необходимую дозу облучения, составить корректный план, проверить его с помощью дозиметрического фантома — и уже затем облучать пациентов.

Для внедрения нового эффективного метода лучевой терапии требуется большое количество исследований, которые проводят с использованием мелких лабораторных животных — мышей и крыс. Использование животных в медицинских целях неразрывно связано с этическими проблемами международного характера. Также значительная часть средств уходит на их покупку, содержание и утилизацию. Для того чтобы сократить их использование в экспериментах, предлагается применять искусственные модели животных — фантомы.

Исследование проводилось в несколько этапов. Сначала ученые проанализировали томографические данные лабораторных животных, чтобы определить точную анатомическую структуру. Затем на основе этих данных они создали цифровые трехмерные модели тела и некоторых внутренних органов животных. Так получились пригодные для печати 3D-модели.

Для изготовления модели ученые использовали два вида пластика. Для мягких тканей —ПЛА-пластик или полилактид, один из самых широко распространенных материалов для 3D-печати. А для костных — специально изготовленный ПЛА-пластик с примесью меди. Готовая напечатанная модель включает кожу, головной и спиной мозг, мышечные, костные и легочные ткани.

«Разные типы мягких тканей, например, мышцы и жир, при изготовлении требовали тонких настроек печати, что позволило в итоге максимально приблизить нашу модель к реальным характеристикам тканей животного. А используемый пластик позволил имитировать свойства взаимодействия с ионизирующим излучением, как если бы это взаимодействие было с реальными тканями. Модель должна быть максимально приближена к реальной анатомии животного, принимая во внимание расположение и размеры внутренних органов и систем», — добавляет руководитель научной группы, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Сергей Стучебров.

Применение разработанных учеными ТПУ моделей позволит сократить количество живых животных в проведении доклинических испытаний, что сделает эти процедуры более этичными и дешевыми. К тому же изделие политехников можно применять неоднократно, срок их годности ограничен только случайным механическим повреждением.

Дополнительно ученые предусмотрели возможность размещения в фантоме любого дозиметрического оборудования, например, пленочных дозиметров, ионизационных камер и термолюминесцентных дозиметров. Это позволит расширить возможности применения фантомов.

Осенью 2022 года ученые проведут дозиметрические испытания фантомов в НИИ онкологии Томского НИМЦ.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках соглашения 075-15-2021-271 (проект № МК-3481.2021.4).

Пресс-служба Томского политехнического университета

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2