Способ подавления функций и разрушения клеток злокачественных опухолей

Способ подавления функций и разрушения клеток злокачественных опухолей

Реферат

Изобретение относится к медицине и к ветеринарии, точнее к онкологии, и может быть использовано при лечении человека и животных со злокачественными опухолями.

В практической онкологии широко используется ионизирующее излучение для лечения злокачественных новообразований (см. Линденбратен Л.Д. Медицинская радиология. - М.: Медицина, 2000, 672 с.).

Ионизирующее излучение, используемое в лучевой терапии, приводит к разрушению опухолевых клеток, но оно также поражает здоровые ткани и клетки, попадающие в зону прохождения пучка излучения. Это приводит к лучевым ожогам, лучевым фиброзам здоровых органов и тканей, а также к осложнениям со стороны системы кроветворения и иммунной системы. Лучевая терапия имеет предел и проводится с учетом накопленной дозы. Следует отметить, что для проведения лучевой терапии требуется дорогостоящее оборудование и специальные помещения.

Известно также и использование в онкологии неионизирующих электромагнитных излучений (СВЧ-полей), которое основано на термических эффектах и применяется для противоопухолевой гипертермии с нагреванием опухоли до 43,5° (см. Дунченко А.С. СВЧ-гипертермия в онкологии. // Тезисы докладов "Медицинская физика" - 95. - М., 1995. - С.113). В этом случае существует реальная опасность спровоцировать процессы денатурации, вызывающие эндотоксикоз и необратимые поражения здоровых тканей.

Ведутся также исследования в области антистрессового и противоопухолевого влияния слабых инфранизкочастотных электромагнитных полей (ЭМП) для замедленного роста новообразований. Выявлено, что ЭМП, профилактируя наступление окислительного стресса и функциональную целостность клеточных мембран мозга, опосредованно влияло на динамику развития новообразований (снижало скорость их роста) (см. А.с. №826587, А61К 1/42, опубл. 30.08.90, Бюл. №32).

Проводятся исследования и по использованию инфранизкочастотного периодического ЭМП с амплитудой индукции 3 мТл в лечении генерализованной формы меланомы для стимулирования нейроэндокринной системы, которое достигалось путем синхронного воздействия на все тело пациента (см. Бахмутский Н.Г. Лечение генирализованной формы меланомы кожи вихревым магнитным полем. // Российский онкологический журнал. - 2000 г., №6, с.32-35). Автором исследования делается вывод о достоверном снижении постоперационных рецидивов заболевания при условии воздействия ЭМП по сравнению с контролем.

Положительные результаты опосредованного воздействия инфранизкочастотного ЭМП указывают на перспективность его применения в онкологии.

Был заявлен способ лечения злокачественных новообразований путем непосредственного воздействия прерывистым синусоидальным ЭМП (амплитуда индукции составляла 40 мТл) (см. А.с. №522688, А61Н 1/42, опубл. 05.03.77., Бюл. №9). Результаты исследований выявили размягчение тканей опухоли. Однако эффективность такого воздействия оказалась низкой по сравнению с используемыми лучевой и химиотерапией. В итоге способ не получил клинического применения.

Проведена работа с использованием воздействия интенсивных инфрачастотных ЭМП непосредственно на злокачественные новообразования. Применялось кратковременное, ~5 мин, импульсное воздействие ЭМП при амплитуде магнитной индукции до 1,8 Тл, интервалы межу импульсами составляли 60 мс. Исследования велись на беспородных крысах с новообразованиями мягких тканей бедра (саркомами). Последствия магнитотерапии проявлялись в некротических процессах различной интенсивности в опухолях и окружающих здоровых тканях. Этот результат допускает поиск оптимальных параметров и режимов воздействия инфранизкочастотного ЭМП на новообразования (см. Каплан М.А. Перспективы применения высокоинтенсивных импульсных магнитных полей в лечении злокачественных новообразований. // Российский онкологический журнал. - 1998, №8, с.34-37).

Задачей изобретения является разработка способа подавления функций и последующее разрушение клеток злокачественных опухолей путем локального воздействия на новообразования интенсивными инфранизкочастотными ЭМП. Параметры ЭМП, способ и режимы облучения, полученные в ходе исследований, должны позволять обеспечить избирательность воздействия на клетки злокачественных новообразований. Последствия такого воздействия на ткани опухоли должны быть сопоставимы с последствиями, получаемыми после курсов лучевой и химиотерапии (проводимыми по стандартным схемам), без поражения сопредельных здоровых тканей.

Задача решается тем, что после верификации опухоли (постановки диагноза) проводят облучение выявленной злокачественной опухоли локальным знакопеременным инфранизкочастотным импульсным электромагнитным полем (ЗИИ ЭМП) при отработанных и обоснованных параметрах: с амплитудой индукции В=(120÷220) мТл, времени электромагнитного импульса t_имп=0,75 с, времени паузы t_пауз=0,5 с, с продолжительностью сеанса электромагнитного облучения 30 мин в течение 30 дней ежедневно. Хирургическое удаление облученной злокачественной опухоли проводят на 3-5 день после окончания курса облучения. При облучении используют две катушки, представляющие генератор электромагнитного поля, при этом ось катушек ЗИИ ЭМП располагают по центру облучаемого новообразования, а катушки располагают сверху и снизу опухоли на расстоянии 2-5 см от нее при рабочей площади облучения S≈5÷35 см². При помощи разработанной и созданной экспериментальной установки впервые удалось получить ЗИИ ЭМП с амплитудой индукции В=(120÷220) мТл, что позволило добиться заявляемого эффекта.

Способ отличается тем, что с целью подавления функций и деления злокачественных опухолевых клеток на них воздействуют биполярным ЗИИ ЭМП без перегрева объекта воздействия в условиях естественной конвекции при В=(120÷220) мТл, формируемым в пространстве между двух встречно направленных по одной оси соленоидов, и при времени релаксации переднего фронта импульса 0,01 с, обеспечивающем избирательные, по отношению к здоровым морфологически обратимые и необратимые изменения в тканях злокачественных новообразований.

Для реализации способа сконструирована и изготовлена опытная магнитнотерапевтическая стационарная установка, основными элементами которой является генератор ЗИИ ЭМП, блок питания, блок формирования импульсов и электронный блок управления.

Основные характеристики используемой опытной магнитнотерапевтической установки приведены в таблице 1.

Таблица 1
Основные характеристики магнитотерапевтической установки
Характеристики	Значения
Амплитуда магнитного поля (B)	≤220 мТл
Время релаксации переднего фронта импульса	0,01 с
Ток в катушках (I)	до 27 А
Расстояние между катушками (h)	(10-60) см
Площадь сечения рабочего окна (S)	~5÷35 см2
Длительность импульса (tи)	от 0,02 с
Длительность паузы (tп)	от 0,05 с
Потребляемая мощность (W)	до 1,5 кВт

При проведении экспериментальных работ велся контроль параметров создаваемого генераторам ЗИИ ЭМП.

Материалом для проведения исследований по обоснованию предложенного способа были выбраны злокачественные опухоли молочных желез у беспородных собак. Время развития опухоли (с момента обнаружения до начала лечения) составляло от 3 до 24 месяцев. Размер опухоли к началу лечения (воздействия) составлял от 2,5 до 9 см в диаметре. Возраст собак - от 4 до 13 лет. Вес животных - от 7 до 45 кг.

Перед экспериментом было осмотрено 215 животных (собак). Из них для эксперимента было отобрано 70 животных. Объектом исследования служили беспородные собаки со спонтанной злокачественной опухолью - по гистологической структуре - высоко- и умеренно дифференнцированной протоковой карциномой одной или двух молочных желез. Собаки были разделены на группы. Животные в количестве 10 собак составили контрольную группу, им облучение ЗИИ ЭМП не проводилось, а проводилось только хирургическое удаление новообразований с последующим гистологическим исследованием полученного материала. Остальные 60 животных были поделены на 3 группы по 20 особей в каждой. Группы отличались применяемой величиной амплитуды индукции ЗИИ ЭМП:

- группа А - контрольная группа (10 животных);

- группа В - рабочая группа - воздействие ЗИИ ЭМП с амплитудой В≤80 мТл;

- группа С - рабочая группа - воздействие ЗИИ ЭМП с амплитудой В=(80÷120) мТл;

- группа D - рабочая группа - воздействие ЗИИ ЭМП с амплитудой B=(120÷220) мTл;

В процессе облучения животное помещалось между катушками на специальный стол. Ось катушек соответствовала центру облучаемого новообразования.

До курса воздействия всем животным проводили пункционную биопсию опухолевого образования с последующим гистологическим и гистостереометрическим исследованием полученного материала. Для (гистостереометрии) оценки объемных соотношений структурных компонентов изучаемых тканей и их состояний использовали сетку, содержащую 100 точек. Раздельно подсчитывали опухолевые клетки, находящиеся в стабильном состоянии, а также в состоянии дистрофических изменений и некроза, лимфоидные элементы и строму. При подсчетах учитывалось количество точек, сетки случайно совпадающих с каждым из названных типов (состояний) клеток. Результаты подсчета выражались в процентах. По каждому препарату для обеспечения достоверности результата по указанной методике подсчет проводился десятикратно.

На 3-5 день после окончания курса воздействия ЗИИ ЭМП животным осуществлялось хирургическое удаление пораженных опухолью облученных молочных желез. Полученный операционный материал подвергался гистологическому и гистостереометрическому исследованиям, причем исследования проводились на разных участках опухоли.

Эффективность воздействия ЗИИ ЭМП на новообразования определялась сравнением результатов гистологических исследований и гистостереометрий облученных и не облученных опухолевых тканей. Также проводилось сравнение результатов воздействия на опухолевые и здоровые ткани. Дополнительно проводилось качественное сравнение с морфологическими последствиями после химиотерапии.

Достоверность данных клинико-лабораторных и гистометрических исследований оценивалась стандартными методами математической статистики для каждого определяемого показателя (признака) с доверительной вероятностью Р<0,05.

В гистологических препаратах спонтанных злокачественных новообразований молочных желез без воздействия ЗИИ ЭМП (диагноз - высоко и умеренно дифференцированная протоковая карцинома) среди стромы определяются железистые и железисто-криброзные структуры из полиморфных атипичных клеток с гиперхромными ядрами, единичные участки дистрофий и фокусы некрозов. Имеет место преобладание эпителиального опухолевого компонента над стромой.

При сравнительном исследовании гистологических препаратов спонтанных злокачественных новообразований молочных желез (диагноз - умеренная и высокодифференцированная протоковая карцинома) без воздействия и после курса воздействия ЗИИ ЭМП с параметрами и в режимах: В≤80 мТл; t_и=0,75 с; t_п=0,75 c;

Т_{воздействия}=(30 мин×30 сеансов), отмечаются следующие особенности:

- дистрофические изменения эпителиальных клеток в виде очагового диффузного кариопикноза и кариорексиса, вакуолизации цитоплазмы до (40÷70)%;

- увеличение площади некрозов до (25÷35)%;

- изменение соотношения строма - эпителиальный опухолевый компонент в сторону стромы;

- умеренная очаговая лимфоидная инфильтрация стромы в виде скоплений реактивных лимфоцитов;

- появление участков гиалиноза и фиброза;

- наличие гемосидероза в строме.

Перечисленные изменения более выражены в гистологических препаратах тех новообразований, которые были подвергнуты курсу воздействия ЗИИ ЭМП с амплитудой индукции В=(80÷120) мТл и экспозицией Т_{воздействия}=(30 мин×30 сеансов), при этом лечебный патоморфоз достигает II-III степени. Дистрофические изменения и некрозы нарастают и составляют (60÷90)% и (35÷55)% соответственно. Строма значительно преобладает над остальными структурными элементами.

При исследовании гистологических препаратов опухолей, подвергнутых воздействию ЗИИ ЭМП с амплитудой индукции В=(12÷220) мТл и экспозицией

Т_{воздействия}=(30 мин×30 сеансов), выявлено практически полное замещение стромой других клеточных компонентов. Определяемые в малом количестве клеточные компоненты находятся в дистрофическом состоянии или в состоянии некроза.

В то же время при гистологическом исследовании тканей здоровых молочных желез при всех используемых параметрах воздействия ЗИИ ЭМП дистрофические изменения составляют (3÷7)%, некрозы не обнаружены.

Проведена гистостереомическая обработка гистологических препаратов, полученных после хирургического удаления злокачественных новообразований молочных желез у собак.

Последствия курсового воздействия ЗИИ ЭМП на опухоль оценивались по данным гистостереометрии гистологических препаратов. Статистическая достоверность результатов обеспечивалась:

- усреднением относительного количества структурных компонентов и их состояний для каждого среза опухоли по различающимся его участкам;

- усреднением относительного количества структурных компонентов по совокупности однотипных опухолей при одинаковых условиях воздействия.

В результате облучения ЗИИ ЭМП выявлены следующие структурные изменения в тканях молочных желез, которые представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что при воздействии с увеличением индукции МП в тканях злокачественных новообразований определяются следующие изменения:

- достоверное уменьшение клеток опухоли (в %) с (28,49±2,08) - без воздействия, до (18,58±1,09); (7,23±1,87) и (0,61±0,43) при индукции МП В≤80 мТл; В=(80÷120) мТл и В=(120±220) мТл после курса воздействия соответственно;

- увеличение числа некрозов (в %) с (0,80±0,35) - без воздействия, с (1,46±0,29) мТл до (1,96±0,43) - индукции МП В≤80 мТл и В=(80÷20) мТл после курса воздействия соответственно;

Таблица 2
Количественная характеристика структурных компонентов спонтанных злокачественных новообразований молочных желез после курса воздействия при различных амплитудах индукции МП (tи=0,75 с; tn=0,5 с; Твоздействия=(30 мин×30 сеансов)); (М±m)
	Структурные компоненты и их состояние	Без воздействия (в %)	После курса воздействия с индукцией МП≤80 мТл (в %)	После курса воздействия с индукцией МП (80-120) мТл (в %)	После курса воздействия с индукцией МП (120÷220) мТл (в %)
1	Клетки опухоли	28,49±2,08*	18,58±1,09*	7,23±1,87*	0,61±0,43*
2	Дистрофически измененные клетки	2,71±0,67	2,80±0,59	2,97±0,58*	0,85±0,21
3	Некрозы	0,80±0,35*	1,46±0,29*	1,96±0,43*	1,28±0,50*
4	Лимфоидные элементы	1,51±0,42	1,56±0,31	1,80±1,05	2,12±0,78
5	Строма	66,49±2,16*	75,60±3,27*	87,04±3,27*	95,14±3,46*
* - р<0,05

- достоверное увеличение стромы вплоть до практически полного замещения других клеточных компонентов (в %) с (66,49±2,16) - без воздействия, с (75,60±3,27); (87,04±3,27) до (95,14±3,46) при индукции МП В≤80 мТл; В=(80÷120) мТл и В=(120÷220) мТл после курса воздействия соответственно;

Результаты, полученные при проведении многочисленных исследований воздействий ЗИИ ЭМП с индукцией В≤(80÷220) мТл, позволяют сделать следующие заключения:

1. Установлены избирательность и морфологическая необратимость последствий воздействия на опухолевые ткани по сравнению с аналогичными здоровыми. Выявленный лечебный патоморфоз злокачественных новообразований по их структурным характеристикам доказывает перспективность и новизну использования ЗИИ ЭМП в онкологической практике.

2. Предложенные режимы локального ЗИИ ЭМП воздействия достоверно приводят к лечебному патоморфозу II-III степени выраженности спонтанных злокачественных новообразований у подопытных животных, что соответствует последствиям после цикла курсов химиотерапии по стандартной методике.

3. Структурные изменения в клетках злокачественных опухолей при воздействии на них ЗИИ ЭМП имеют фазный характер и зависят от его величины амплитуды индукции: сначала дистрофические изменения, затем прекращение деления, увеличение некрозов и в конечной фазе замещение всех клеточных компонентов стромой.

Предлагаемый способ, параметры и испытанные режимы воздействия знакопеременного инфранизкочастотного импульсного ЭМП представляются перспективными для избирательного подавления функций и дальнейшей гибели клеток злокачественных опухолей, что может быть рассмотрено для возможного использования в медицинской и ветеринарной онкологической практике как самостоятельно, так и в комбинации с другими методами лечения.

Способ подавления функций и разрушения клеток злокачественных опухолей, включающий облучение опухоли электромагнитным полем перед операцией удаления, отличающийся тем, что облучение злокачественной опухоли проводят регулируемым локальным знакопеременным инфранизкочастотным импульсным электромагнитным полем (ЗИИ ЭМП) при индукции магнитного поля В=(120÷220)мТл, при времени релаксации переднего фронта импульса 0,01 с, продолжительности электромагнитного импульса t_имп=0,75 с и паузы t_пауз=0,5 с, с общим временем облучения 30 мин в течение 30 дней, при этом хирургическую операцию по удалению злокачественной опухоли проводят на 3-5 день после окончания курса облучения ЗИИ ЭМП.