Група харківських учених — фізиків, медиків і хіміків — уперше в світі розробила методику та створила портативну апаратуру, призначену для виявлення в режимі реального часу в організмі людини бактерії Helicobacter pylori, зокрема токсикогенних її штамів, які можуть призводити до розвитку виразки, гастриту і навіть онкологічних захворювань травного тракту.
У пошуках нових методик
У гастроентерології найінформативнішим методом діагностики хронічних захворювань шлунка та дванадцятипалої кишки є ендоскопія. Але з позицій сучасної медицини при диспептичних симптомах для верифікації діагнозу та призначення лікування замало провести ендоскопічне дослідження та встановити характер змін слизової оболонки цих органів. Таким пацієнтам необхідне дослідження на наявність Helicobacter pylori — основного етіологічного чинника цих захворювань. Тому розробка і впровадження в клінічну практику нових методів діагностики хелікобактеріозу є одним з найактуальніших питань гастроентерології.
Микола Коренєв, директор ДУ «Інститут охорони здоров’я дітей та підлітків НАМН України», Заслужений діяч науки і техніки України, доктор медичних наук, професор
Людмила Камарчук, старший науковий співробітник відділення педіатрії та реабілітації ДУ «Інститут охорони здоров’я дітей та підлітків НАМН України», кандидат медичних наук, доцент, лікар-педіатр вищої категорії«Основними перевагами нашої розробки є простота методики, її неінвазивність, безпечність для пацієнтів, медичного персоналу і навколишнього середовища, низька собівартість, а також можливість одержувати результати в режимі online, — розповів директор ДУ «Інститут охорони здоров’я дітей та підлітків НАМН України», керівник наукової групи Микола Коренєв. — Це по суті діагностичний метод нового покоління, але, враховуючи, що всі відомі нам методики виявлення Helicobacter pylori відносні, його застосування буде ефективним у комплексі з іншими, традиційними. Досліджуючи за нашою методикою газ, який видихає людина (у нашому випадку — дитина), можна отримати низку показників, які відображають окремі клінічні ознаки, наприклад, кислотність шлунка тощо, але головне — протягом дуже короткого проміжку часу визначити наявність в організмі згаданої бактерії та певних її штамів. Для обґрунтування хелікобактерної терапії в дітей це дуже важливо, оскільки останні міжнародні протоколи щодо діагностики інфекції Helicobacter pylori рекомендують проводити її в педіатричній практиці саме за допомогою неінвазивних методів. Окрім цього, з позицій доказової медицини необхідно підтвердити ефективність ерадикаційної терапії. У науковому світі існує багато методів дослідження газу, котрий видихає людина. Ми не були першими й оригінальними — це широкий дослідницький напрямок: учені шукають у видихуваному газі людини маркери різноманітних захворювань. Головна вимога: результати їх пошуків мають бути інформативними, рентабельними та безпечними для пацієнта, дослідника і навколишнього середовища. Харківський метод саме такий».
Як народжувалась ідея
Ідея дослідження видихуваного газу людини з використанням інноваційних сенсорів виникла під час виконання проекту Українського науково-технологічного центру. Використовуючи новітні матеріали, розроблені хіміками Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна (наукова група під керівництвом кандидата хімічних наук Андрія Кравченка), учені Фізико-технічного інституту низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України (наукова група під керівництвом доктора фізико-математичних наук Геннадія Камарчука) та Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» (наукова група під керівництвом кандидата технічних наук Олександра Поспєлова) створили точково-контактні наносенсори нового типу.
«Дослідники побачили, що, реагуючи на дихання одного з членів групи, самописці малюють на папері криву, відмінну від усіх інших. Виявилося, що в тієї людини — виразка шлунка. Тому вчені із запитанням, чи може це якось бути пов’язане зі здоров’ям, звернулися до медиків. Так і почалася наша спільна робота, що тривала 9 років і зараз продовжується», — розповіла старший науковий співробітник відділення педіатрії та реабілітації ДУ «Інститут охорони здоров’я дітей та підлітків НАМН України» Людмила Камарчук.
Харків’яни одразу зрозуміли, що перебувають на правильному шляху — у видихуваному людиною повітрі міститься інформація про Helicobacter pylori. Характерною відмінністю технології, запропонованої харківськими науковцями, є спектральний характер відгуку сенсорів на дію газової суміші, котру видихає людина. Це відрізняє їх від інших методів досліджень видихуваного газу та дає змогу отримувати різноманітну інформацію про значну кількість факторів, пов’язаних із хворобою, у діагностичних цілях. Завдяки зіставленню результатів спектрального аналізу реакції сенсорів на дію видихуваного газу можна створювати інноваційні діагностичні тести, які працюють у режимі реального часу і дають результати, здатні вивести діагностичні можливості медицини на якісно новий рівень, зокрема проводити ранню діагностику захворювань та прогнозувати їх можливий розвиток тощо. Тобто діагностичні можливості запропонованого нового підходу значно перевершують усі відомі на сьогодні методики.
«Цікавість змусила нас спочатку працювати на громадських засадах, приєднавшись до фізиків та хіміків, — пригадує Людмила Камарчук. — Згодом зрозуміли, що наші дослідження можуть завершитися відкриттям нового методу діагностики, тому зробили проектну заявку до Національної академії медичних наук і почали спільні дослідження з ФТІНТ ім. Б. Є. Вєркіна НАНУ, НТУ «ХПІ» та ХНУ ім. В. Н. Каразіна в рамках угод про науково-технічну співпрацю. За результатами досліджень одна з членів нашої групи, лікар Євгенія Кущ під керівництвом професора Миколи Коренєва захистила кандидатську дисертацію «Клінічна оцінка видихуваного газу в підлітків із гастродуоденальною патологією». Отримали також патенти, сертифікати, розробили інноваційні технології. Матеріали наших досліджень широко висвітлювалися на міжнародних конференціях з гастроентерології.
А починали з нуля: виготовили дерев’яний штатив, до нього приєднали паперовий пакет, для реєстрації застосовували самописець, який фіксував результати на папері, «на око» порівнювали графіки. Далі розробили методику дослідження, а фізики з хіміками створили для нас реєструвальний прилад й автоматизоване робоче місце, котре давало змогу працювати вже на сучасному рівні. Коли обстежили кілька десятків пацієнтів і виявили закономірність між параметрами видихуваного газу та клінічними показниками, постало питання: як правильно фіксувати криві відгуку точково-контактних сенсорів, розшифровувати їх, зіставляти з медичними показниками, тобто забезпечити безпомилкову інформативність нової методики? На цьому етапі на допомогу прийшли фізики з ФТІНТ, які розумілися на точково-контактному сенсорному аналізі складних газових сумішей».
Людмила Вікторівна тримає в руках простий прилад, схожий трохи на інгалятор, трохи на мікрофон, — сенсор, що реагує на видихуваний газ. Він з’єднаний кабелем із невеличким пластиковим пристроєм, що легко поміщається в кишені, — реєструвальним приладом, котрий фіксує портрет видихуваного газу пацієнта, який спеціалісти називають профілем складної газової суміші. Реєстратор підключено до звичайного персонального комп’ютера з програмою реєстрації та розшифровки результатів аналізу видиху. Здається — так просто… А в цій простоті — нова для світу технологія діагностики, і не лише Helicobacter pylori. Зараз за допомогою видихуваного газу пацієнта вчені починають дослідження клінічних показників порушень моторики травного тракту тощо.
Надсучасні технології та суперрання діагностика
Відкриття ґрунтується на використанні нанотехнологій у виготовленні сенсорів. У центрі його — точково-контактний чутливий елемент, діаметр якого зіставний із розміром атома. Це новий тип провідних наносенсорів — чутливих елементів, винайдених харківськими фізиками. Точково-контактні сенсори дають змогу отримувати спектральні сигнали відгуку на суміш речовин, що містяться в продуктах дихання людини. На цьому етапі виявляють продукти життєдіяльності Helicobacter pylori, зокрема, цитотоксин-асоційованих штамів, причому не за наявністю якогось окремого маркера, як це відбувається в усіх інших методиках, а за сукупністю характеристик, властивих цьому штаму. Реєструвальний прилад помічає всі зміни сигналу в часі, пов’язані зі складом і взаємодією інгредієнтів газу, котрий видихає людина. Для реєстрації й аналізу цих показників створено складну комп’ютерну програму, яка врешті-решт видає на монітор результат аналізу у вигляді графіка. Роботі на портативній апаратурі для неінвазивного виявлення канцерогенних штамів бактерії Helicobacter pylori дуже легко навчитися, бо все автоматизовано.
«Три роки ми присвятили вивченню не просто Helicobacter pylori, а саме її цитотоксичних штамів, агресивніших і канцерогенніших, — веде далі Людмила Камарчук. — За цей час встановили частоту інфікування цитотоксин-асоційованими штамами Helicobacter pylori підлітків та особливості дихального тесту в інфікованих такими штамами хворих і змогли довести їх безпосередній зв’язок із розвитком запальних, ерозивних та виразкових змін слизової оболонки гастродуоденальної ділянки в пацієнтів цієї вікової категорії. Тому наш прилад можна застосовувати для скринінгових досліджень, які покликані виявити цитотоксичні штами у хворих, насамперед у дітей, і встановити групу онкоризику. Адже відомо: що раніше дитина інфікувалася цитотоксичними штамами Helicobacter pylori, то вища вірогідність розвитку раку шлунка в майбутньому. Оскільки ця злоякісна бактерія має особливість розвиватися безсимптомно, наша методика є, фактично, попередженням про майбутню небезпеку. Це навіть не рання діагностика, це саме попередження! У роботі наші прилади дуже прості. Щоб налаштувати весь комплекс, потрібно 30 хвилин. На діагностику однієї дитини витрачаємо 10-15 хвилин».
Людмила Вікторівна вводить кілька команд до комп’ютера через клавіатуру, потім бере в руки сенсор, і пацієнт дихає на нього 60 секунд (їх відлічує таймер). У цей час прилад реєстрації фіксує результати взаємодії точково-контактного сенсора з усіма речовинами, що потрапляють на нього. Кількість складових у видихуваному газі дуже велика і може досягати 2 тис. та більше. Лікар знову «ворожить» над клавіатурою — і починається «термін релаксації», тобто 1-3 хвилини, протягом яких сенсор повертається до свого початкового стану. Це і є інформативно-діагностичний час для виявлення Helicobacter pylori. Потім ще кілька хвилин очікування — і на моніторі в режимі реального часу з’являється крива, яку аналізує спеціально написана в Харкові комп’ютерна програма Sensor Response. Не минає й 10 хвилин, як роздруковано висновок, котрий може точно засвідчити наявність в організмі Helicobacter pylori або цитотоксичних штамів цього збудника.
«Бажано отримати 2 позитивні результати дослідження на Helicobacter pylori — імуноферментного аналізу крові, зробленого у звичайній лабораторії, та дихального тесту із використанням сенсорного аналізу — і можна без вагань призначати складну антихелікобактерну терапію», — завершує Людмила Камарчук.
А далі що?
Бюрократичні тенета. «Сьогодні в Харкові працюють три експериментальні комплекти унікальної апаратури. З їх допомогою вчені продовжують свої дослідження, — розповідає Микола Коренєв. — В Інституті охорони здоров’я дітей та підлітків обстежують лише пацієнтів стаціонару. Запропонувати новітні технології всій Україні немає ані можливостей, ані коштів».
Попри те, що відкриття вчених визнане світовою спільнотою гастроентерологів, фізиків та хіміків, отримані всі необхідні папери для його впровадження в життя, інвесторів воно не зацікавило. Зарубіжні фірми вбачають у ньому загрозливого конкурента, хоча й розуміють, що аналогів у світі немає, а українські підприємства бідують. Щоб почати масове виробництво, слід пройти етап серійних випробувань, тобто провести дослідження з виготовлення й тестування приладів на промисловому рівні, оскільки перші три вироблені вручну. «Вчені готові передати свої розробки, але нікому, — з гіркотою робить висновки професор Коренєв. — А скільки дітей, скільки дорослих можна було б заздалегідь попередити про можливість розвитку пухлин, забезпечити їм не те що ранню, а попередню діагностику. Адже попереджений — значить озброєний. Та ми не покладаємо рук, не втрачаємо надії — ми досліджуємо, лікуємо, чекаємо кращих часів».
Ольга ФАЛЬКО, спеціально для «ВЗ», м. Харків
