Онкокниф , iKnife или интеллектуальный скальпель — это хирургический нож, который проверяет ткань при контакте с ней во время операции и немедленно выдает информацию о том, содержит ли эта ткань раковые клетки. [1] Во время операции эта информация непрерывно передается хирургу, что значительно ускоряет биологический анализ ткани и позволяет идентифицировать и удалять раковые клетки. Электроножи используются с 1920-х годов, и хирургия с использованием интеллектуального ножа не ограничивается только обнаружением рака. В клинических исследованиях iKnife показал впечатляющую диагностическую точность — отличив доброкачественную ткань яичника от раковой ткани (чувствительность 97,4%, специфичность 100%), [2] опухоль молочной железы от нормальной ткани молочной железы (чувствительность 90,9%, специфичность 98,8%) [3] и распознает гистологические признаки плохого прогностического исхода при колоректальной карциноме. [4] Кроме того, технология, лежащая в основе iKnife — масс-спектрометрия с быстрой испарительной ионизацией (REIMS) — позволяет идентифицировать дрожжи рода Candida вплоть до видового уровня. [5]
Золтан Такатс , доктор философии , венгерский химик- исследователь , работающий в Университете Земмельвейса в Будапеште , изобрел интеллектуальный хирургический нож . В настоящее время он является профессором аналитической химии в Имперском колледже Лондона (Великобритания). Его iKnife был испытан в трех больницах с 2010 по 2012 год. После лабораторного анализа образцов тканей у 302 пациентов, которые были включены в базу данных, среди них было 1624 образца с раковыми заболеваниями и 1309 образцов без рака.
Текущая пилотная версия iKnife обошлась венгерскому ученому-разработчику, MediMass Ltd. ( компания из Старой Буды ), участвующему в исследовании, коллегам из Имперского колледжа и венгерскому правительству примерно в £200 тыс. (68 млн форинтов). По словам Таката, инвестиции окупятся, однако, поскольку устройство, скорее всего, уже находится на пути к маркетингу.
Инструмент был приобретен корпорацией Massachusetts Waters Corporation для разработки компанией MediMass Ltd. , которая идентифицирует его как существенную инновационную технологию под названием «Intelligent late» и «REIMS», согласно их пресс-релизу от 23 июля 2014 года. [6] Бизнес-сделка включала все инновации MediMass , включая патенты, программное обеспечение, базы данных и человеческие ресурсы, связанные с технологией.
Прямое исследование биологической ткани методом масс-спектрометрии (МС) началось в 1970-х годах, но в то время следующего прогресса в технических условиях не существовало. Метод не давал никакой полезной информации о химическом составе тестируемых образцов. [7] Первый прорыв произошел с методами десорбционной ионизации ( вторичная ионизационная масс-спектрометрия - SIMS, матрично-ассистированная лазерная десорбционная ионизация - MALDI), говорится в пресс-релизе. Используя эти методы, после соответствующей подготовки образцов, можно проводить химический анализ биологической визуализации тканей. [8] С конца 1990-х годов стало очевидно, что данные масс-спектрометрии в исследованиях визуализации показывают высокую степень специфичности тканей, что гистология тканей может определять масс-спектральную информацию, и наоборот. [9]
В случае обнаруженных белковых и пептидных компонентов, тканеспецифическая экспрессия белков обычно известна. Точные иммуногистохимические методы основаны на этом явлении. Масс-спектрометрическое обнаружение, в основном из клеточных мембран и подобных тканей, в частности, сложных липидов из подобных тканей, однако, дает удивительные результаты. Поскольку распределение белков хорошо согласуется с закономерностями распределения, полученными иммуногистохимическими методами, распределение липидных компонентов прямой ионизационной масс-спектрометрии, ранее были относительными методами, ведущими к появлению новой эры в исследовании биологических образцов. Десорбционная электрораспылительная ионизация (DESI) была первой техникой MS, которая позволяла неинвазивно тестировать любые объекты (или организмы) без подготовки образцов, независимо от их формы или механических свойств. [10]
Летом 2009 года была описана быстрая испарительная ионизация масс-спектрометрии ( REIMS ). Это метод второго поколения. В первую очередь, липидные компоненты тканей предоставляют информацию, но различные метаболитные молекулы и некоторые белки также позволяют обнаружить. Наиболее важным преимуществом специфичности данных масс- спектрометрии является гистологический уровень, предоставляющий возможность идентифицировать биологическую ткань на основе химического состава. Метод REIMS уникален тем, что, хотя вышеописанные методы масс-спектрометрии, специфичные для конкретного метода, должны использоваться разработанные источники ионов, но это сложно в случае устройств-источников ионов, используемых в хирургической практике. При работе различных инструментов для разрезания тканей, таких как диатермический нож, хирургический лазер или ультразвуковой распылитель тканей, образуется аэрозоль, имеющий состав, характерный для разреза ткани, который также содержит ионизированные клеточные конструкции.
Среди них, с точки зрения использования метода REIMS, важны неповрежденные мембранообразующие фосфолипиды , которые легко обнаруживаются масс-спектрометрией, с одной стороны, и, с другой стороны, содержат комбинацию характеристик конкретного типа ткани. Масс-спектрометрический анализ является лишь одной из реализаций эффективной разработки системы экстракции, которая была необходима для разрезания операционного поля во время работы масс-спектрометра с сгенерированным аэрозолем. Для этой цели служит так называемая трубка Вентури, а также вышеупомянутые хирургические наконечники, модифицированные для продувания аэрозолей через них. Анализ дымового газа в масс-спектрометре осуществляется мгновенно, в течение нескольких десятых долей секунды, в результате чего получаются тканеспецифичные масс-спектры фосфолипидов, что позволяет хирургу ответить менее чем за две секунды. Анализ собранных спектров выполняется с помощью специального программного обеспечения для оценки, которое было разработано для этой цели. Программное обеспечение непрерывно сравнивает входящие данные во время операции, проверяет масс-спектры, хранящиеся в базе данных, присваивает соответствующий класс, а результат визуально отображается хирургу. Оно также может предоставлять информацию хирургу посредством звукового сигнала. [11] По оценкам, точность идентификации тканей во время операции превышает 92%. [12]
Таким образом, метод подходит для использования в хирургической среде для проведения измерений, а также для использования в качестве части сложной системы идентификации тканей, используемой во время хирургического удаления опухолей, и может помочь хирургу в операционном поле с точным гистологическим картированием. Масс-спектрометрия с быстрой испарительной ионизацией (REIMS) является новой технологией, которая позволяет выполнять электрохирургические разрезы с близкой к реальному времени характеристикой человеческой ткани in vivo путем анализа паров, выделяемых в процессе ткани и аэрозолей. Технология REIMS и электрохирургическая процедура добавляют диагностику тканей к принципу работы интеллектуального ножа iKnife. [1]