Способ диагностики рака

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт молекулярной и атомной физики НАН Беларуси(73) Патентообладатель Институт молекулярной и атомной физики НАН Беларуси(57) Способ диагностики рака, основанный на регистрации ИК спектров поглощения среза исследуемой и здоровой тканей одного и того же вида и диагностировании ракового заболевания по спектральным различиям между ними, отличающийся тем, что перед регистрацией ИК спектров поглощения удаляют воду из среза тканей, осуществляют регистрацию ИК спектров поглощения в интервале волновых чисел 3200-3400 см-1 и (или) 1600-1700 см-1, диагностируют рак по величине разности значений волновых чисел максимумов полос поглощения среза тканей, а по изменению относительных интенсивностей полос поглощения и появлению новых полос в интервале волновых чисел 1100-3400 см-1 определяют стадию ракового заболевания.(56) 1. Руководство по цитологическому диагнозу опухолей человека / Под ред. А.С. Петровой, М.П. Птоховой. - М. Медицина, 1976. 2. А.с. СССР 1063390, ИПК А 61 В 6/00, 1982. 3.1364951 1, МПК 01 1/28,61 10/00, 1988. 4. . , , , 224, (.), 33-36, 1992 (прототип). Изобретение относится к медицине, в частности к онкологии, и может использоваться для диагностики злокачественных изменений биологических тканей. Известен способ диагностики рака путем цитологического исследования биологического материала, при котором визуально определяется ряд качественных параметров, включающих в себя клеточный состав (наличие А и В - клеток, симпластов, макрофагов, лимфоидных и многоядерных гигантских клеток), структуру цитоплазмы тироцитов (пенистая, широкая, базофильная), характер клеточных агрегатов (размеры, скопление, фолликулярные и папиллярные расположения клеток), структуру ядер тироцитов (размеры, форма, контур, распределение хроматина, гиперхромность, расположение ядер и инвагинированных участков ядерной мембраны), что составляет совокупность качественных параметров по более чем 20 признакам 1. Известен также способ диагноза рака щитовидной железы по отличию частот встречаемости определенных величин площадей ядер тироцитов 2. В этом способе определяется отношение частоты встречаемости величин площади ядер тироцитов, попадающих в интервал 85-145 мкм 2, к частоте встречаемости ядер, попадающих по площади в интервал 25-85 мкм 2. Если это отношение больше 1, то судят о злокачественной опухоли щитовидной железы, а отношение равное нулю свидетельствует о норме. Кроме того, известен способ диагностики аутоиммунного тироидита, осуществляемый путем приготовления мазков отпечатков биоптатов щитовидной железы и определения количества фолликулярных и лимфоидных клеток 3. При этом в мазках дополнительно определяют количество пролиферирующих и непролиферирующих фолликулярных клеток. При уменьшении количества фолликулярных клеток до 3-40 и 3571 1 увеличении их размеров до 10-18 мкм, а также увеличении отношения пролиферирующих фолликулярных клеток к непролиферирующим до 0,5-0,9 и увеличении количества лимфоидных разной зрелости клеток до 5-30 диагностируют аутоиммунный тироидит. Общим существенным недостатком известных способов диагностики рака является необходимость статистических выборок количественных данных по разным параметрам клеточной структуры и ее составным частям, причем уменьшение количества параметров, по которым делается заключение о раковом заболевании, приводит к сужению диагностируемых видов злокачественных опухолей. Кроме того, визуальный анализ цитологического материала сложен, труден и требует для его выполнения высокого уровня знаний и квалификации врача. Недостатком является также необходимость построения гистограмм для определения частоты встречаемости определенных параметров клеточных структур (например, площади ядер тироцитов). Существенный недостаток способа диагностики раковых заболеваний при использовании единичных параметров, определяемых из цитологических исследований, состоит в том, что отдельный способ диагностирует один из видов злокачественной опухоли (например, аутоиммунный тироидит) и не в состоянии отличить другие виды рака от нормы. Наиболее близким к заявляемому является способ исследования и диагностики рака по инфракрасным спектрам образцов тканей при регулируемом высоком давлении 4. Способ основан на регистрации ИК спектров поглощения среза исследуемой и здоровой тканей одного и того же вида и диагностировании ракового заболевания по спектральным различиям между ними и реализуется следующим образом. Берется срез необработанной исследуемой ткани и помещается в кювету высокого давления. Затем снимаются на спектрофотометре ИК спектры при нормальном давлении и при повышении давления внутри кюветы вплоть до 27 килобар (1 бар 1,02 ат.). Наблюдаемые при повышении давления спектральные изменения в интервале 9501350 см-1 позволили диагностировать рак шейки матки, а также выявить изменения в спектрах раковой ткани печени. Высокое давление при этом регулируется с помощью специального устройства, что усложняет применение способа. Кроме того, данному способу присущ ряд других недостатков. Для создания высокого давления, его поддержания, управления и регулирования требуются специальные устройства, которым необходимы значительные энергетические затраты и квалифицированное обслуживание. Спектры образцов тканей должны регистрироваться в условиях высокого давления. Следовательно, блок с образцами тканей, которые находятся под регулируемым высоким давлением, необходимо поместить в кюветное отделение спектрофотометра. Для этого такой блок должен иметь специальную конструкцию с соответствующими окнами, пропускающими инфракрасное излучение и выдерживающими высокое давление. При этом блок должен быть достаточно герметичным и удобным для того, чтобы размещать в нем образцы для исследования,не ухудшая герметичности. Без такого устройства диагноз рака по известному способу не представляется возможным. Кроме того, необходимо еще приспособление, регулирующее высокое давление в блоке с образцами исследуемых тканей, а размеры блока лимитируются кюветным отделением спектрофотометра и его оптической системой. Поэтому блок высокого давления не может быть универсальным, а должен изготавливаться для конкретного типа спектрофотометра. Таким образом, известный способ диагностики рака весьма сложен и требует универсальной аппаратуры. Помимо технических трудностей, заключающихся в использовании специальной, высокоточной кюветы высокого давления, а также блоков и приспособлений для создания высокого давления, его поддержания, управления и регулирования, данный способ позволяет диагностировать только некоторые виды ракового заболевания без определения стадии его развития. Из-за присутствия в исследуемых образцах тканевой жидкости происходит наложение полос поглощения ткани с полосами поглощения воды, что затрудняет и искажает идентификацию имеющихся спектральных изменений в значительной области ИК спектра. Задачей настоящего изобретения, является упрощение реализации способа и расширение возможностей диагностики рака различных органов на любой стадии заболевания и определение тяжести заболевания. Поставленная задача решена за счет того, что перед регистрацией ИК спектров удаляют воду из среза тканей, осуществляют регистрацию ИК спектров поглощения в интервале волновых чисел 3200-3400 см-1 и(или) 1600-1700 см-1, диагностируют рак по величине разности волновых чисел максимумов полос поглощения среза тканей, а по изменению относительных интенсивностей полос поглощения и появлению новых полос в интервале волновых чисел 1100-3400 см-1 определяют стадию ракового заболевания. Предлагаемый способ диагностики рака состоит в приготовлении среза исследуемой ткани толщиной 1020 мкм, помещении его на пластинку, прозрачную в инфракрасном интервале длин волн, например пластинку из фторида бария, удалении из среза ткани воды любым известным способом и регистрации спектра в заданном интервале волновых чисел. При этом диапазон волновых чисел 32003400 см-1 (или) 16001700 см-1 используется для быстрого диагностирования поражения ткани раком. Разность значений для волновых чисел максимумов полос поглощения ИК спектра исследуемого образца и нормальной здоровой ткани того же вида в данных диапазонах является параметром, определяющим поражение ткани раком. Если эта разность волновых чисел в пределах погрешности определения прибором волнового числа равна нулю, то исследуемая ткань в норме, при неравенстве нулю диагностируется рак исследуемой ткани. Наблюдаемые спектральные изменения исследуемой ткани по сравнению со здоровой в диапазоне 11003400 см-1 используются для 2 3571 1 определения стадии развития ракового заболевания. Они состоят из смещений максимумов некоторых полос поглощения, изменения их относительных интенсивностей, из появления новых полос поглощения. Данный способ применен для диагностики рака различных органов на любой стадии заболевания. Пример 1. Больной М., 14 лет. Клинический диагноз рак щитовидной железы. Спектр обезвоженного среза ткани щитовидной железы регистрировали на спектрофотометре 180. Исследуемая ткань щитовидной железы в интервалах 32003400 см-1 и 16001700 см-1 имеет максимумы поглощения ИК излучения при значениях волновых чисел 3295 см-1 и 1645 см-1. А здоровая ткань(норма) имеет значения 3285 см-1 и 1650 см-1. Разности величин 3295-3285 см-110 см-1 и 1645-1650 см-1 5 см-1 выходят за пределы погрешности прибора, следовательно, исследуемая ткань поражена раковым заболеванием. В диапазоне 11003400 см-1 других спектральных различий не обнаружено. Общий вывод рак щитовидной железы первой стадии. Пример 2. Больная Ж., 57 лет. Клинический диагноз рак щитовидной железы. Спектр обезвоженного среза ткани регистрировали на спектрофотометрах - 180 и -20. Волновые числа для максимумов полос поглощения исследуемой ткани в интервалах 32003400 см-1 и 16001700 см-1 имеют, соответственно, значения 3334 и 1647 см-1. Разности значений волновых чисел для максимумов полос поглощения в спектрах исследуемой и здоровой тканей равны 3334-328549 см-1 и 16471650 -3 см-1. Кроме того, в диапазоне волновых чисел 11001600 см-1 в спектре исследуемой по сравнению со спектром здоровой ткани наблюдается появление новых полос поглощения 1140, 1320, 1356 и 1370 см-1, а также смещение полосы с 1450 см-1 до 1438 см-1. В интервале спектра 17001800 см-1 полоса 1739 см-1 преобразовалась в интенсивную полосу с максимумом 1723 см-1. В спектральном интервале 28003000 см-1 полосы 2847, 2866, 2918 и 2950 см-1, имеющиеся в спектре здоровой ткани, преобразовались в группу полос с максимумами 2876, 2888 и 2935 см-1. Вывод рак щитовидной железы с необратимыми изменениями в структуре белка. Пример 3. Больная С., 44 года. Клинический диагноз рак молочной железы. Спектр образца после удаления из среза ткани воды регистрировали на спектрофотометрах 180 и М-80. Максимум поглощения инфракрасного излучения исследуемой тканью молочной железы в интервалах 32003400 см-1 и 16001700 см-1 приходится на волновые числа 3326 см-1 и 1650 см-1, а здоровая ткань молочной железы имеет максимумы поглощения в этих интервалах, соответственно, на волновых числах 3304 см-1 и 1659 см-1. Разности в волновых числах между исследуемой и здоровой тканями молочной железы составляет 3326-330422 см-1 и 1650-1659 -9 см-1. В остальных интервалах спектральных изменений не обнаружено. Вывод рак молочной железы в начальной стадии. Пример 4. Больной ., 34 года. Клинический диагноз рак желудка. Обезвоженный срез ткани регистрировали на спектрофотометре- 180. Максимум поглощения инфракрасного излучения исследуемой ткани в интервалах 32003400 см-1 и 16001700 см-1 приходится на волновые числа 3296 см-1 и 1649 см-1. Здоровая ткань имеет в спектре максимумы поглощения на волновых числах 3280 см-1 и 1650 см-1. Разность в волновых числах в положении максимумов полос поглощения составляет, соответственно,16 см-1 и -1 см-1. В других диапазонах существенных спектральных изменений не обнаружено. Вывод рак желудка начальной стадии. Пример 5. Больной Н., 59 лет. Клинический диагноз рак легкого. Спектр обезвоженной ткани регистрировали на спектрофотометре - 180. Волновые числа максимумов полос поглощения в спектре исследуемой ткани в интервалах 32003400 см-1, 16001700 см-1 имеют, соответственно, значения 3295 и 1648 см-1. Величина смещения положений максимумов полос поглощения между исследуемой и здоровой тканями равна 3295-328312 см-1 и 1648-1652 -4 см-1. В других интервалах спектральных отличий не обнаружено. Вывод рак легкого в начальной стадии. Пример 6. Больной Д., 53 года. Клинический диагноз рак легкого. Спектр образца после удаления воды из ткани регистрировали на спектрофотометре - 180. Максимум поглощения инфракрасного излучения исследуемой ткани легкого в интервалах 32003400 см-1 и 16001700 см-1 приходится на волновые числа 3304 и 1648 см-1. Здоровая ткань легкого имеет максимумы поглощения в этих интервалах, соответственно, 3283 и 1652 см-1. Разность в волновых числах максимумов полос поглощения в спектрах исследуемой и здоровой тканей составляет для интервала 32003400 см 1 21 см-1, а для интервала 16001700 см-1 -4 см-1. В диапазоне 11001600 см-1 в спектре анализируемого образца наблюдается появление новых полос 1112, 1140, 1338, 1356 и 1371 см-1, отсутствующих в спектре среза здоровой ткани легкого. Наблюдается также смещение максимумов полос 1233 см-1 до значения 1239 см-1 и 1447 см-1 до 1436 см-1. В диапазоне спектра 17001800 см-1 имеющаяся в спектре здоровой ткани полоса 3 3571 1 1734 см-1 преобразовалась в дублет с максимумами 1732 и 1708 см-1. В диапазоне спектра 28003000 см-1 полосы поглощения 2842, 2862, 2913 и 2950 см-1, имеющиеся в спектре ткани здорового легкого, преобразовались в широкую, размытую полосу с максимумом около 2910 см-1. Эти спектральные изменения свидетельствуют о тяжелой форме рака легкого в значительно развитой стадии, похожей по спектральным характеристикам на лимфосаркому. Все диагнозы, приведенные в примерах по предлагаемому способу, подтверждены клиническими исследованиями. Для удобства использования предлагаемого способа диагностики рака может быть заранее составлена таблица значений волновых чисел максимального поглощения инфракрасного излучения в интервалах 32003400 см-1 и (или) 16001700 см-1 здоровыми тканями тех органов, которые подвержены раковым заболеваниям. В таком случае нет необходимости в приготовлении срезов здоровых тканей, наряду со срезами исследуемых тканей. Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обладает рядом преимуществ значительно упрощена процедура определения поражения раковым заболеванием ткани, так как для этого не требуется подвергать образцы тканей меняющемуся внешнему давлению для проведения диагностики раковых заболеваний не требуются специальные устройства для создания и управления высоким давлением открывается возможность применения любого серийного инфракрасного спектрофотометра, определяющего волновое число максимума поглощения инфракрасного излучения исследуемой тканью в интервале 32003400 см-1 и (или) 16001700 см-1 диагноз рака ткани сводится к определению одного параметра - разности волновых чисел максимумов поглощения для исследуемой и здоровой тканей в спектральном интервале 32003400 см-1 и (или) 16001700 см-1 по спектральным изменениям в диапазоне 11003400 см-1 определяют стадию развития ракового заболевания. В результате упрощения способа диагностики рака отпадает необходимость использования устройства для создания высокого давления, специального типа спектрофотометра и химических реактивов при приготовлении препаратов из тканей, что приводит к снижению стоимости диагноза и значительному уменьшению затрат времени на определение поражения ткани раковым заболеванием. Кроме того, данный способ позволяет диагностировать рак различных органов на любой стадии заболевания и определять тяжесть заболевания. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.