בלי קרינה, בלי כאב: חוקרים פיתחו בדיקה חדשה לגילוי סרטן השד

צוות בהובלת המכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech) פיתח טכניקת הדמיית שד בטוחה, יעילה ונטולת כאב המשלבת למידת מכונה כדי לסייע בהבחנה בין רקמה חשודה לרקמה בריאה. השיטה החדשה, הנקראת טומוגרפיה מחושבת פוטואקוסטית (PACT), נוסתה על מטופלות ומתפקדת באותה רמה או טוב יותר מטכניקות הדמיית שד קונבנציונליות אחרות.

במשך עשורים, ממוגרפיית רנטגן נחשבה למתקדמת ביותר בהדמיית שד לגילוי מוקדם של סרטן השד. בעוד היא נשארת בעלת ערך בהפחתת מקרי מוות מסרטן, ממוגרפיית רנטגן חושפת מטופלות לכמויות קטנות של קרינה מייננת ולוחצת את השדיים באופן כואב כדי לאפשר לקרני הרנטגן לעבור ביתר קלות דרך הרקמה. במקרה של רקמת שד צפופה, היא מייצרת אבחונים חיוביים כוזבים רבים.

טכניקות אחרות כמו אולטרסאונד והדמיה באמצעות תהודה מגנטית (MRI) יכולות לשמש להדמיית שד. אולטרסאונד הוא בטוח מאוד אך דיוקו תלוי במיומנות המפעיל, והתוצאות אינן תמיד חד-משמעיות. MRI נחשב לבזבזני מבחינת זמן ועלות. בנוסף, לא ניתן להשתמש ב-MRI במטופלות שאלרגיות לחומרי ניגוד, מטופלות הסובלות מקלסטרופוביה או אלו עם שתלים מסוימים.

"הייתה לנו הרבה מוטיבציה לעבוד על הבעיה - אף אחת מהטכניקות הנוכחיות אינה מושלמת. עתיד הרפואה חייב להיות טוב יותר", אמר ליהונג וואנג, פרופסור להנדסה רפואית והנדסת חשמל ב-Caltech.

בעבודה עם חוקרים במרכז הסרטן הכולל City of Hope בדוארטה, קליפורניה, צוות Caltech בדק את PACT על 39 מטופלות. PACT השיג תוצאות דומות לממוגרפיה ו-MRI בהבחנה בין רקמה חשודה לרקמה נורמלית, וכן בין גידולים או גושים ממאירים לשפירים.

המדענים מתארים את PACT ואת תוצאותיהם הקליניות במאמר חדש בכתב העת Nature Biomedical Engineering. מחברי המאמר הראשיים הם שין טונג, סינדי ליו, ויילין לואו ממחלקת ההנדסה הרפואית ב-Caltech, ולי לין, שהשלים את העבודה בעת שהותו ב-Caltech וכעת נמצא באוניברסיטת ג'ג'יאנג בסין.

"זהו שיא של עשרות שנות עבודה ממש. אנחנו רוצים להפוך את PACT לכלי קליני שמועיל למטופלות - לעזור לגלות סרטן שד בלי שהמטופלות ייקחו את הסיכון לחלות בסרטן או ידאגו מתגובה אלרגית", ציין וואנג.

PACT עובד על ידי הקרנת פולס לייזר אינפרא-אדום קרוב לתוך רקמת השד. אור הלייזר מתפזר דרך השד ונספג על ידי מולקולות, במיוחד מולקולות המוגלובין נושאות חמצן בתאי הדם האדומים של המטופלת, מה שגורם למולקולות לרטוט אולטרסונית. בניגוד לקרני רנטגן, שנעות בקו ישר, גלי אור מתפזרים בתוך רקמות, מה שמקשה על קבלת תמונות ברזולוציה גבוהה. PACT משלב אור וקול. "אנחנו משתמשים באור כדי לראות את המולקולות, אבל משתמשים בקול כדי להגדיר את המיקום המרחבי", הסביר וואנג.

הרטטים מהמולקולות עוברים דרך הרקמה ונקלטים על ידי מערך של 512 חיישנים אולטרסוניים זעירים המוצבים מעל עור השד. נתונים מחיישנים אלה משמשים להרכבת תמונה של המבנים הפנימיים של השד בתהליך דומה להדמיית אולטרסאונד, אם כי מדויק הרבה יותר. PACT יכול לספק תצוגה ברורה של מבנים קטנים עד רבע מילימטר בעומק של ארבעה סנטימטרים.

"אנחנו בעצם משתמשים במולקולות כדי להבין את הפיזיולוגיה של הגוף", אמר וואנג. "על ידי גילוי מולקולות, אנחנו יכולים להבין בדיוק איך הגוף מתפקד. כשיש הבדל תפקודי, זה אומר שאנחנו יכולים פוטנציאלית לגלות מחלה טוב יותר", הוא ציין.

PACT מצוין בזיהוי המוגלובין ולכן בחשיפת אנגיוגנזה, סימן נפוץ של סרטן השד הכולל צמיחת כלי דם נוספים כדי לספק דם עשיר בחומרי הזנה לתאים סרטניים. הוא יכול גם לזהות היפוקסיה של הגידול, סימן נוסף לסרטן, שבו חילוף החומרים המהיר עולה על אספקת הדם, ומשאיר חלקים מהגידול מורעבים מחמצן.

עם התבגרות הבינה המלאכותית ולמידת המכונה, PACT נהיה טוב יותר בזיהוי חריגות ברקמת השד מאשר לפני מספר שנים. המדענים אימנו את מערכת ה-PACT על תמונות של גידולים ממאירים ושפירים או גושים, וכן רקמות חשודות ובריאות. "PACT יכול לעתים קרובות לזהות תכונות בעייתיות שכנראה היו חומקות מעין אנושית", אמר וואנג.

במהלך סריקת PACT, המטופלת שוכבת כשפניה כלפי מטה על שולחן עם שקע המכיל אמבט מים חמים, חיישנים אולטרסוניים והלייזר. שד אחד בכל פעם מונח בשקע, והלייזר מאיר עליו מלמטה. מכיוון שהטכניקה מהירה, כל סריקה יכולה להתבצע בזמן שהמטופלת עוצרת את נשימתה.

וואנג אמר, "התחלנו עם מערכת מעבדה בסיסית - רק מתמר אולטרסאונד יחיד שסובבנו סביב - וזה לקח נצח. עכשיו אנחנו יכולים לבצע הדמיה תלת-ממדית ברגע, מה שהופך את זה למאוד מעשי".

הוא הוסיף שבמובנים מסוימים, העבודה החדשה היא רק ההתחלה. הצוות מאמין שיוכל להמשיך לשפר את איכות ההדמיה של הטכניקה על ידי הוספת אורכי גל לייזר נוספים לשניים שבהם הם משתמשים כעת. הצעדים הבאים של הצוות כוללים רכישת מאגר נתונים גדול יותר ממתנדבות נוספות עם סרטן השד, שיפור מודל הסיווג על ידי ניצול תכונות נוספות, ובסופו של דבר מסחור הטכנולוגיה.