В Новосибирске обучают искусственный интеллект лечить рак

Первые пациенты, онкозаболевания которых лечат лучевой терапией с применением уникальной технологии нейтронного захвата, — кошки и собаки. Ученые Новосибирского госуниверситета уже спасли десятки животных.

На базе Лаборатории ядерной и инновационной медицины (ЛЯИМ) Физического факультета Новосибирского государственного университета ведется сбор данных для создания Томографического атласа животных — масштабной базы изображений, полученных в ходе КТ-обследований собак и кошек различных пород, как здоровых, так и онкобольных. Этот атлас станет основой для обучения искусственного интеллекта методам диагностики онкологических заболеваний по томографическим данным.

— Применение ИИ для анализа томографических снимков животных позволит автоматизировать процесс диагностики, значительно снизив ее зависимость от человеческого фактора. Исследования и лечение братьев наших меньших вносят большой вклад в развитие медицины и науки в целом. Изучение заболеваний животных помогает не только улучшать их здоровье и качество жизни, но и находить новые подходы к лечению онкологических заболеваний у людей, что в конечном итоге является нашей целью. Обученный на основе томографического атласа искусственный интеллект позволит ученым в автоматическом режиме получать описания серийных экспериментальных исследований больших групп животных с учетом их межвидовых и внутривидовых различий, — рассказал заведующий Лабораторией ядерной и инновационной медицины ЛЯИМ ФФ НГУ Владимир Каныгин.

Проект реализуется совместно с Автономной некоммерческой организацией «Сибирский научно-исследовательский центр медицины и биотехнологий» («Сиббиотех»), которая оказывает техническую и ветеринарную поддержку: организует обследование животных, их транспортировку, а также сопровождение лучевой терапии. Источником нейтронов для проведения НЗТ выступает исследовательский ядерный реактор Томского политехнического университета.

Как пояснил Владимир Каныгин, прямого отношения к науке сотрудники данной некоммерческой организации не имеют, однако их работа очень важна для ученых, поскольку они обеспечивают технические и организационные стороны проведения исследований и терапии, обеспечивают поиск животных для испытаний и их транспортировку к месту проведения лучевой терапии.

— У АНО «Сиббиотех» налажены контакты с несколькими ветеринарными клиниками и волонтерскими центрами, занимающимися помощью бездомным животным. Они направляют нам кошек и собак для исследований и лечения. Благодаря этому даже у бездомных собак и кошек появился уникальный шанс получить высококвалифицированную помощь специалистов, которые занимаются изучением лечебных эффектов лучевой терапии с применением технологии нейтронного захвата. Пока данный процесс идет достаточно успешно. Несмотря на то, что активно мы работаем на нашем томографе только последние полгода, на сегодняшний день через него прошли уже десятки животных. Среди них были не только четвероногие пациенты, у которых мы проводили поиск опухолевых образований, но также травмированные животные. Так, в начале апреля через наших партнеров — АНО «Сибботех» — в томографический центр нашей лаборатории волонтеры доставили кошку, найденную на улице. Волонтеры рассказали, что когда-то была домашней, а потом хозяева ее выбросили. Мы обнаружили в ее теле шесть металлических артефактов, оставшихся от огнестрельных ранений. Кроме этого, у кошки было выявлено онкозаболевание. Благодаря своевременному исследованию был поставлен верный диагноз, назначено необходимое лечение и животному удалось помочь. Встречаются и другие случаи, когда после КТ предварительные диагнозы, поставленные ветврачами, серьезно корректируются. Например, выясняется, что животное страдает не от онкологического заболевания, а в его организме развивается какой-либо воспалительный процесс. Тактика лечения меняется, и животное получает необходимую помощь, — рассказал Владимир Каныгин.

По данным ЛЯИМ, за три года через курс нейтронозахватной терапии прошло более 100 животных. Многие из них продемонстрировали значительное улучшение состояния: уменьшение болевого синдрома, повышение качества жизни, а в большинстве случаев — уменьшение или стабилизацию размеров опухоли. По результатам исследований опубликован ряд научных статей.

В мае лучевую терапию прошли шесть животных: две собаки и четыре кошки с диагнозами меланома, плоскоклеточный рак и саркома. Среди них — алабай с множественными опухолевыми поражениями головы. Животные получили терапевтические дозы облучения и находятся под дистанционным наблюдением ветеринарных специалистов из Томска. Новые группы пациентов формируются регулярно — к учёным обращаются не только жители Новосибирска и области, но и владельцы животных из Москвы и Санкт-Петербурга.

По словам специалистов, нейтронозахватная терапия эффективна при лечении более чем половины злокачественных опухолей III и IV стадии. Некоторым животным, которым ранее предлагали эвтаназию, удалось сохранить жизнь и улучшить состояние.

Отдельное внимание в ЛЯИМ уделяют таким сложным для лечения опухолям, как меланома, глиобластома, менингиома, карцинома. В большинстве случаев отмечается значительное улучшение состояния и гибель опухолевых клеток. Первые положительные результаты терапии, как правило, фиксируются через 1,5–2 месяца после процедуры. Тогда же животные проходят повторное КТ-обследование, данные которого также включаются в томографический атлас.

Перед компьютерной томографией животным под общим наркозом вводится контрастное вещество. Все этапы — от введения наркоза до полного пробуждения — сопровождает ветеринарный анестезиолог, контролирующий жизненные показатели: температуру, пульс, артериальное давление, дыхание. Процедура обычно переносится животными легко и без осложнений. Само сканирование занимает около 15–20 минут, а весь процесс — в среднем полтора часа.

У ранее оперированных животных специалисты ЛЯИМ часто выполняют дополнительное гистологическое исследование на базе собственной лаборатории, а затем — курс нейтронозахватной терапии. В помощи не отказывают даже при далеко зашедших опухолях с метастазами, а также при злокачественных образованиях сложной локализации – например, головного мозга или позвоночника, когда другие методы лечения неэффективны или невозможны.

В ряде случаев НЗТ может проводиться на фоне химиотерапии.

Для запуска полноценной работы искусственного интеллекта, способного диагностировать онкозаболевания по КТ-данным, необходимо собрать не менее полутора-двух тысяч томографических изображений каждого типа опухоли, а также тысячи сканов здоровых животных разных видов. Основу базы составят изображения кошек и собак, однако планируется включение данных и о других видах — приматах, грызунах и других животных, прошедших томографическое исследование. В исследование включатся все стадии развития опухолевого процесса.

— Первооснова опухоли определима на всех стадиях, и наша задача состоит в том, чтобы обучить искусственный интеллект диагностировать тот или иной вид опухоли прежде всего на животных моделях, поэтому создание электронного томографического атласа особо актуально. Мы видим его, как постоянно самообновляющуюся, самообучающуюся и саморасширяющуюся программу, которая будет проходить определенную коррекцию и с точки зрения самообучения, и с точки зрения совершенствования используемого алгоритма. В настоящий момент у нас установились хорошие рабочие отношения с коллегами из Сингапура по формированию совместных баз данных по некоторым направлениям. Формирование томографического атласа рассчитано на довольно длительную перспективу. Скорее — это некая бета-версия специализированного приложения, которая позволит повысить качество диагностики, и ее использование будет подразумевать участие пользователя в совершенствовании данной программы. Каждый пользователь вовлекается в данный проект, так как одним из условий использования томографического атласа станет пополнение его базы данных. А пока мы приглашаем к сотрудничеству хозяев кошек, собак и грызунов. Если появились подозрения, что у питомца возникло какое-либо новообразование, или же он уже проходит онкологическое лечение в ветеринарной клинике, желательно провести для него обследование на КТ. Наши ученые, используя томографическую и гистологическую базы лаборатории, поставят диагноз или уточнят его, если он уже поставлен другими специалистами, и многим питомцам предложат лучевую нейтронозахватную терапию на реакторе Томского политехнического университета. А данные питомца пополнят томографический атлас, на основе которого будет осуществляться обучение искусственного интеллекта, — пояснил Владимир Каныгин.

Еще в 2022 году Новосибирский государственный университет (НГУ) совместно с Институтом ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) представили результаты эксперимента по лечению домашних животных со злокачественными опухолями по методике БНЗТ. Кошкам и собакам вводили борсодержащий препарат и облучали на ускорительном источнике нейтронов, после чего был отмечен регресс опухолей и улучшение общего состояния животных. Это было первое в мире исследование in vivo на крупных млекопитающих с использованием подобного ускорителя, которое является серьезным шагом к клиническим испытаниям на людях.

Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) — методика избирательного уничтожения клеток злокачественных опухолей путем накопления в них изотопа бор-10 и последующего облучения пучком нейтронов. При взаимодействии бора и нейтрона происходит ядерная реакция, в которой рождаются частицы с высокой энергией (альфа-частица и атомное ядро лития). Они перемещаются на короткие расстояния (5-9 мкм, что сопоставимо с диаметром клетки млекопитающего) и наносят смертельные повреждения опухолевым клеткам, не затрагивая при этом здоровые.

В рамках эксперимента было пролечено 15 кошек и собак со злокачественными опухолями. Эксперимент проводился in vivo, то есть непосредственно на организмах. Отбором, подготовкой и клиническим сопровождением животных занималась Лаборатория ядерной и инновационной медицины НГУ в тесном взаимодействии со специалистами ветеринарных клиник. Генерацию нейтронного пучка нужных параметров на установке обеспечивал ИЯФ СО РАН. Процедура облучения продолжалась в среднем два часа. Незадолго до начала облучения кошкам и собакам вводили препарат адресной доставки бора, затем их погружали в медикаментозный сон и фиксировали под ускорителем. Во время облучения проводился мониторинговый контроль основных физиологических параметров животных. Весь период после лечения животных протекал под постоянным наблюдением сотрудников лаборатории и ветеринарных врачей. Динамика опухолей и параметры общего состояния подопечных верифицировались томографически и при повторных лабораторных анализах.