Исследователи медицины Джона Хопкинса создали бесплатную компьютерную программу для ученых, которая позволяет пользователям легко определять структурные и функциональные изменения в сетях кровотока, питающих опухоли.
Исследователи опубликовали ссылку на загрузку новой программы под названием HemoSYS и сопровождающее руководство с инструкциями по ее использованию 11 февраля в Scientific Reports .
« По сравнению с кровью потока в здоровых тканях, опухоль кровоток является ненормальным, и эти аномалии могут быть захвачены с новыми методами визуализации. Таким образом, мы создали свободно доступный инструментарий под названием HemoSYS , что позволяет ученому определить количество этих отклонений от данных изображений , полученных из опухолей живые животные », – говорит Арвинд Патхак, доктор философии, доцент кафедры радиологии и биомедицинской инженерии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса и член Универсального онкологического центра им. Джона Хопкинса Сидни Киммела.
По словам Джанаки Сенаратна, доктора философии, научного сотрудника лаборатории Патхака и ведущего автора статьи, изучение архитектуры кровеносных сосудов и динамики их кровотока в опухолях может дать представление о прогрессировании рака и метастазировании. Этот подход может ускорить разработку новых методов лечения, нацеленных на кровеносные сосуды опухоли, чтобы ограничить ее поступление питательных веществ и кислорода. HemoSYS также может привести к более эффективной доставке уже доступных лекарств путем картирования колебаний кровотока в сосудах, питающих опухоль.
Кровеносные сосуды опухоли являются ее жизненно важным каналом для выживания и роста, обеспечивая ее питательными веществами, а также дают возможность опухолевым клеткам распространяться в другие части тела. Однако эти сосуды часто растут нерегулярно и создают аномальные паттерны кровотока, что делает их огромным препятствием для эффективной доставки терапевтических средств.
«Ненормальный кровоток затрудняет прогнозирование эффективности лечения, и если недостаточное количество лекарственного средства доставляется в опухоль, рак может рецидивировать или развить устойчивость к лечению или усиливать вредные побочные эффекты», – говорит Патхак.
Исследователи Джона Хопкинса предупреждают, что инструмент исследования пока не имеет прямого отношения к опухолям человека. Но, говорит Патхак, «поскольку наша способность получать изображения с высоким разрешением в клинике улучшается, мы надеемся, что этот инструмент можно адаптировать, чтобы обеспечить неинвазивный способ анализа колебаний кровотока при раке отдельного пациента и помочь в индивидуальной настройке их терапии». «.
Для разработки HemoSYS лаборатория Pathak Lab привлекла биомедицинских инженеров и биофизиков для разработки точных и эффективных способов количественного определения «многовариантных» данных, состоящих из опухолевого кровотока, объема крови и изображений оксигенации. Для сбора каждой из этих переменных данных от опухолей, имплантированных животным, использовали другой тип источника света.
«Как правило, исследовательская лаборатория, изучающая эти системы кровеносных сосудов, должна обладать обширным опытом в обработке изображений для количественной оценки взаимосвязи между этими измерениями», – говорит Патхак. «HemoSYS позволяет исследователям, не имеющим опыта программирования, проводить анализ этих многомерных данных изображений».
Программа HemoSYS использует фундаментальные инженерные принципы для анализа и интеграции различных видов данных, собранных различными методами визуализации.
Эти данные позволяют ученым строго картировать весь «гемодинамический ландшафт» изучаемой опухоли, говорит Патхак. Результатом является красочная, но информативная визуализация, которая показывает взаимосвязь между кровотоком, оксигенацией и опухолевыми клетками в ярких красных, синих и зеленых тонах.
«Система позволяет исследователям увидеть, что в опухоли может быть область с низким содержанием кислорода, вызванным плохим кровотоком, или увидеть, что в области мало кислорода, хотя в ней наблюдается повышенный объем крови», – говорит Патхак.
Ученые и врачи могут загрузить инструментарий по адресу pathaklab.org/Hemosys. Патхак и его команда также создали настраиваемую версию для тех, кто хочет адаптировать HemoSYS для своих собственных экспериментов или для данных, полученных с помощью других методов визуализации, таких как МРТ, УЗИ и динамическая КТ.