Побачити небачене. Унікальний мікроскоп львівських науковців зробить революцію в медицині

«В кожну сільську амбулаторію – скануючий оптичний мікроскоп». Саме таку мету поставили для себе львівські науковці. Прилад може замінити існуючі мікроскопи, зробивши їх в 10 разів ефективнішими. При цьому, він не потребує додаткових навичок для медиків і затратних матеріалів. До того ж, такий мікроскоп є доступним.  

Унікальний мікроскоп може те, на що звичайний прилад не здатен. До прикладу: розгледіти поверхню еритроцита, діагностувати меланому без біопсії чи виявити стафілококову інфекцію.

Розробили скануючий оптичний мікроскоп (СОМ) вчені «Львівської політехніки». А започаткував напрям скануючої оптичної мікроскопії в цьому навчальному закладі старший науковий співробітник Анатолій Педан. Сам прилад вчені почали конструювати ще в 1997 році на основі попередніх розробок. І з того часу вдосконалюють та розширюють його можливості. За роки роботи науковці отримали 16 національних патентів. А цього року їхньою розробкою зацікавились іноземні інвестори. СОМ здатен здійснити революцію в кріобіології, репродуктивній медицині, криміналістиці та дозволить абсолютно по-новому глянути на мікросвіт.

В 10 разів краще!

Головною особливістю СОМ є те, що він здатен збільшити зображення аж у 20 тисяч разів. Для порівняння, звичайний мікроскоп, який є чи не у всіх медичних лабораторія країни, може давати збільшення до двох тисяч разів. Певна річ, розробку львів’ян не порівняти з електронним мікроскопом, який може розгледіти молекули ДНК і дає збільшення у мільйони разів. Проте, в лікувальній медицині мільйонних збільшень і не потрібно. Клітини організму та компоненти крові добре видно і при збільшенні в 20 тисяч раз. До того ж, під СОМ клітину видно живою, можна розгледіти її дефекти і окремі частинки під мембраною.

Не придатний для живого

Електронний мікроскоп – прилад далеко не новий і був створений ще в 30-тих роках минулого століття. Принцип його роботи ґрунтується на тому, що пучок електронів з величезною швидкістю пролітає у вакуумі, фокусуючись на об’єкт, який досліджують. Певна річ, це пояснення дуже спрощене і подається тільки для загального розуміння.

Електронний мікроскоп свого часу став проривом, адже дав можливість збільшити зображення з двох тисяч до мільйонів разів. Звичайно, такий фантастичний прилад і коштує дуже дорого, ціна коливається в межах сотень тисяч доларів. У Львові таких є лише кілька та й ті використовуються тільки в наукових цілях. Тому говорити про масове застосування, до прикладу в практичній медицині, не доводиться. Але не лише вартість мікроскопу відлякує, а й те, що працювати з ним можуть лише спеціалісти. От лише один з прикрих етапів роботи з таким мікроскопом: замінюючи об’єкт дослідження, мікроскоп треба розгерметизувати, а потім знову відкачати все повітря. Тому, перш ніж наважуватись на дорого вартісне придбання, треба ще й забезпечити професійну обслугу до нього. А тому, українській медицині, навіть якби раптом знайшлися кошти на масову закупку електронних мікроскопів, вони навряд чи б одразу ж допомогли.

Але головною перепоною використання таких приладів саме у медицині залишається те, що такі мікроскопи працюють з мертвою клітиною.

«Жива клітина не здатна існувати у вакуумі, – зауважує Анатолій Педан. – Уявіть собі, що може статися з космонавтом у відкритому космосі у випадку розгерметизації скафандра? Те ж саме відбувається з живою клітиною в електронному мікроскопі».

Тому для роботи з клітиною її треба ретельно підготувати. І в процесі кількаденної процедури з неї залишається тільки цитоскелет.

Перш за все з клітини видаляють усю внутрішньоклітинну воду і обробляють її спеціальним цементуючим розчином. На цьому етапі жива клітина гине, але її внутрішня будова залишається і її можна побачити. Тепер безповітряний простір вже не страшний. Далі треба забезпечити витік падаючих на клітину електронів, щоб одержати зображення.

Наступний етап підготовки – зацементовану клітину покривають тонким шаром електропровідного матеріалу, найкраще золотом. І вже таку мертву «позолочену» клітину поміщають у мікроскоп. Лише після всіх цих процедур науковці можуть вивчати структуру клітин.

 

Натомість розробка львівських вчених дає можливість бачити живу клітину. Принцип роботи СОМ та растрового електронного мікроскопу(РЕМ) схожі, бо там і там є потік електронів у вакуумі. Особливістю ж СОМ є електрино-променева трубка. Її спеціально для цього мікроскопу розробили у львівському Науково-дослідному  інституті приймальних електронно-променевих трубок «ЕРОТРОН».

Прилад довжиною в кілька десятків сантиметрів має в собі, серед всього іншого, замкнутий вакуумним простір та екран з прозорого кристалу, який зі своєї внутрішньої сторони має люмінесцентні(світиться) властивості. Цей кристал служить для перетворення енергії електронів в енергію світла. Енергію світла оптика звичайного мікроскопа формує у світловий промінь і вже цей промінь сканує об’єкт. Саме тому СОМ дає можливість працювати з живою клітиною.

 Еритроцит у 3D зображені

Одним з напрямків розвитку мікроскопа став проект «стереоСОМ», над яким вчені працювали два роки. Почалося все з того, що до розробників звернувся директор Інституту крові з пропозицією вивчити поверхню еритроцита.

«Річ у тім, що рельєф поверхні еритроцита має багато діагностичних ознак про зародження та розвиток еритроцитів, – розповідає старший науковий співробітник. – Звичайний оптичний мікроскоп не дозволяє виявити ті ознаки».

Не лише кількість еритроцитів, а й їхня форма грають важливу роль у процесі забезпечення організму киснем. Якщо кістковий мозок, де виробляються червоні кров’яні тільця, працює неправильно, то еритроцити «виходять» круглі чи мають на поверхні своєрідні шипи, а це, в свою чергу, заважає їм вільно проходити по капілярах.

Вчені знайшли спосіб відтворити поверхню еритроцита. Поетапне сканування об’єкту з різних боків в результаті може сформувати об’ємне зображення. Для цього, правда, вдосконалили СОМ, доєднавши до нього додаткове обладнання.

Хоча, науковці і раніше, на звичайному СОМ, досліджували еритроцити, адже червоні кров’яні тільця добре підходять для спостереження. І їм вдалося побачити маленькі отвори на їхніх поверхнях, які звичайний мікроскоп розгледіти не може. З’ясувалося, що отвори  – це ураження від стафілококу.

Злочинці, бережіться

Допомагали науковці досліджувати і паличку Коха, яка викликає туберкульоз і навіть криміналісти до їхньої лабораторії заходили.

Шанувальники кримінальних серіалів певно бачили в фільмах сюжети, де криміналісти, вивчаючи пошкоджену кулю, з’ясовують з якого пістолета вона була випущена. Так от внутрішня поверхня ствола пістолета на мікро-рівні – унікальна. Вилітаючи, куля отримує характерні подряпини. СОМ дає можливість достеменно з’ясувати з якої саме вогнепальної зброї був здійснений постріл, адже сліди на кулі проглядаються чіткіше.

Розпізнає меланому  

СОМ придатний і для ранньої діагностики меланоми. Ні для кого не таємниця, що саме рання діагностика цього захворювання меже врятувати життя. Цим приладом можна з легкістю обладнати такий собі мобільний центр, який може доїхати туди, де не має лабораторії. «Модифікація СОМ споряджена виносним сканером подібним до сканерів, якими оснащені касові апарати в супермаркетах. Це дозволяє обстежувати пацієнтів з роздільною здатністю рівною початковим значення РЕМ. Одержана інформація каналами телемедицини може поповнювати базу даних захворювань на меланому. Такий мобільний центр може бути облаштований на базі сучасних швидких», – підсумовує науковець.

 

Винахід є, грошей немає

Розробкою львівських вчених кілька років тому зацікавилась фірма «SELMI» з міста Суми. Це єдина в Україні компанія, яка займалась розробкою і впровадженням в серійне виробництво наукових приладів. Дізнавшись про унікальний мікроскоп у «Львівській політехніці», компанія вирішила організувати серійний випуск і навіть порахувала його орієнтовну вартість, в залежності від модифікації(станом на 2008 рік близько 20 тисяч доларів). Проте, в самого підприємства почалися фінансові негаразди і серійне виробництво СОМ «заморозилось» на кілька років. Допоки цього року розробкою львівських вчених не зацікавилась велика німецька компанія «Zeiss». Наразі тривають перемовини і вчені намагаються вирішити проблему з виробництвом головного компоненту, електронно-променевої трубки. Річ у тім, що кілька років тому збанкрутувало підприємство, яке її виготовило і могло виробляти «серце мікроскопа»  в промислових кількостях і за низькою ціною. Науковці сподіваються, що німецька компанія допоможе знайти потрібне виробництво.

Переваги СОМ

1. В десять раз покращує роздільну здатність вже існуючих мікроскопів без значних грошових вкладень. Кожен мікроскоп в Україні можна перетворити а СОМ
2. Для роботи з ним не потрібно додаткових знань та вмінь.
3. Безболісно та швидко може допомогти діагностувати меланому.
4. Здатен розгледіти поверхню більшості клітин організму людини і допомогти діагностувати ті хвороби, про які раніше тільки здогадувались.

P.S

Кріобіологія завмерла в очікуванні

Останній проект львівських науковців на основі СОМ вражає не менше, ніж всі їхні попередні досліди. Цей винахід, без перебільшення, можна назвати революцією в кріобіології! Вчені розробили цілком новий спосіб заморожування живих клітин. Розробкою вже зацікавились в українських центрах репродуктивної медицини, але все, знову ж таки, зупиняється на промисловому випуску СОМ.

Христина ІНЖУВАТОВА