В России создали фантомы лабораторных животных
Дозиметрический фантом — трехмерные модели лабораторной крысы и мыши
Ученые ТПУ придумали, как отказаться от использования лабораторных животных при доклинических исследованиях в области лучевой терапии онкозаболеваний. Они разработали дозиметрический фантом — трехмерные модели лабораторной крысы и мыши, которые могут полностью заменить их на некоторых этапах, сообщили в пресс-службе вуза.
Сегодня для лечения онкологических заболеваний широко используется лучевая терапия. К сожалению, при ее проведении гибнут не только злокачественные клетки новообразований, но и здоровые.
Чтобы снизить до минимума негативный эффект от лечения, необходимо правильно планировать терапию: получить томографические данные места облучения, корректно оконтурить опухоль и критические органы, выбрать необходимую дозу облучения, составить корректный план, проверить его с помощью дозиметрического фантома, и уже затем облучать пациентов.
Для внедрения новых методов лучевой терапии необходимо проводить много опытов на мелких лабораторных животных — мышах и крысах. Однако использование животных в лабораторных целях неразрывно связано с этическими проблемами. Кроме того, их покупка, содержание и утилизация требуют значительных затрат.
Для того чтобы сократить использование лабораторных животных в экспериментах, ученые Томского политехнического университета (ТПУ) предлагают применять фантомы — искусственные копии в натуральный размер.
Дозиметрический фантом — трехмерные модели лабораторной крысы и мыши
Дозиметрический фантом — трехмерные модели лабораторной крысы и мыши
Дозиметрический фантом — трехмерные модели лабораторной крысы и мыши.
Дозиметрический фантом — трехмерные модели лабораторной крысы и мыши
Дозиметрический фантом — трехмерные модели лабораторной крысы и мыши
Дозиметрический фантом — трехмерные модели лабораторной крысы и мыши.
"В качестве прототипов для создания копий мы использовали мышей и крыс, как наиболее распространенных видов животных, применяемых в доклинических исследованиях. При этом мы занимались не только созданием фантомов, но и разработкой устройств для увеличения эффективности лучевой терапии и минимизации дозы облучения здоровых тканей", — рассказала аспирантка Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Анна Григорьева.
Исследование проводилось в несколько этапов. Сначала ученые проанализировали томографические данные лабораторных животных, чтобы определить их точную анатомическую структуру. Затем на основе этих данных они создали цифровые трехмерные модели тела и некоторых внутренних органов животных. Таким образом, получилась пригодные для печати 3D-модели.
Для изготовления модели ученые использовали два вида пластика. Для мягких тканей — ПЛА-пластик или полилактид, один из самых широко распространенных материалов для 3D-печати. А для костных — специально изготовленный ПЛА-пластик с примесью меди. Готовая напечатанная модель включает кожу, головной и спиной мозг, мышечные, костные и легочные ткани.
«Разные типы мягких тканей, например, мышцы и жир, при изготовлении требовали тонких настроек печати, но в итоге нам удалось максимально приблизить нашу модель к реальным характеристикам животного. А используемый пластик позволил имитировать свойства взаимодействия с ионизирующим излучением, как если бы это взаимодействие было с реальными тканями. Модель должна быть максимально приближена к реальной анатомии животного, принимая во внимание расположение и размеры внутренних органов и систем», — сообщил руководитель научной группы, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Сергей Стучебров.
Применение фантомов, по мнению ученых, позволит сократить количество живых животных в проведении доклинических испытаний, что сделает эти процедуры более дешевыми и этичными. Фантомы можно использовать многократно, срок их годности ограничен только случайным механическим повреждением.
Дополнительно ученые ТПУ предусмотрели возможность размещения в фантоме любого дозиметрического оборудования, например, пленочных дозиметров, ионизационных камер и термолюминесцентных дозиметров. По их словам, это позволит расширить возможности применения фантомов. В ближайшее время ученые проведут дозиметрические испытания фантомов в НИИ онкологии Томского НИМЦ.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках соглашения 075-15-2021-271 (проект № МК-3481.2021.4).
Томский политехнический университет — участник программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» по треку «Исследовательское лидерство». В программе развития ТПУ, по «Приоритету-2030», заложено три стратегических проекта — «Энергия будущего», «Инженерия здоровья» и «Новое инженерное образование».
