3877

Rottmair, R.F. Singer. // Compos. Sci. Tech. –2010. – №70. - P. 22422247.

8. Jinzhi, Liao. Mixing of carbon nanotubes (CNTs) and aluminum powder for powder metallurgy use [Текст]/ Jinzhi Liao, Ming-Jen Tan. // Powder technology. –2011. – №208. - P. 42-48.

Воронежский государственный технический университет

УДК 544:61:615.4

Е.В. Казаковцева, А.Н. Корнеева, В.В. Корнеева

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РАКОВЫХ КЛЕТОК. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ РАКА

В статье рассматриваются механизмы возникновения раковых опухолей и альтернативные методы их лечения

Проблема онкологии привлекает к себе большое внимание во всем мире. В России на сегодняшний день ежегодно от онкологических заболеваний умирает более 100 тыс. Ежедневно в организме каждого из нас образуются раковые клетки. У одних срабатывает иммунная система, и эти клетки уничтожаются, у других организм ослаблен, и человек постепенно заболевает раком. Современная медицина не решает всех проблем связанных с лечением онкологических больных, поэтому ученые пытаются найти выход с помощью альтернативных методов лечения.

Современные исследования продемонстрировали, что у каждого из нас в организме регулярно возникают раковые клетки или даже микроопухоли, которые гибнут и рассасываются под воздействием системы противоопухолевого иммунитета [1]. В основе онкологического заболевания лежит нарушение процессов регуляции тканевого роста. Когда клетка делится и обновляется, всегда существует вероятность возникновения ошибки. Наш организм оснащен механизмом предупреждения и исправления этих ошибок, но и он может давать сбой. Это наиболее вероятно при воздействии канцерогенов, травмы, а также неблагоприятных условиях для функционирования этих механизмов. На основе данных наблюдений и экспериментов ученые предложили

81

следующие теории возникновения рака: мутационную, вирусную, теорию химического канцерогенеза, теорию травмы.

Мутационная теория канцерогенеза — учение, согласно которому причиной возникновения злокачественных опухолей являются мутационные изменения генома клетки [2-3]. В настоящее время эта теория является общепринятой. Исходя из данной теории, к раку проводят накопленные мутации всего в одной клетке в специфических участках ДНК, которые приводят к развитию дефектных белков.

Прямым доказательством мутационной природы рака можно считать открытие протоонкогенов (группа нормальных генов клетки, оказывающих стимулирующее влияние на процессы клеточного деления, посредством специфических продуктов их экспрессии) и генов-супрессоров (ген, продукт которого обеспечивает профилактику опухолевой трансформации клеток). Изменение их структуры и экспрессии за счёт различных мутационных событий, в том числе и точечных мутаций, приводит к злокачественной трансформации. В случае нарушения их работы возможно развитие опухолевого процесса. Встречаемость рака у человека значительно выше теоретически ожидаемой, если исходить из предположения о независимом и случайном возникновении мутаций в опухолевой клетке. Для объяснения этого противоречия предложена модель, согласно которой ранним событием канцерогенеза является изменение нормальной клетки, ведущее к резкому повышению частоты мутаций — возникновению мутаторного фенотипа.

Химический канцерогенез — сложный многоступенчатый процесс образования опухоли, происходящий под длительным воздействием химических веществ — канцерогенов, в основе которого лежит поражение генов и эпигенетические изменения [3]. Химические канцерогены ответственны за возникновение до 80-90 % всех злокачественных опухолей человека. Хотя процесс химического канцерогенеза часто разделяют на три стадии — инициацию, стимулирование и прогрессию — количество важных генетических изменений неизвестно.

Согласно вирусной теории рака, опухолеродный вирус, в отличие от инфекционных, необходим только на самых ранних этапах канцерогенеза. После возникновения опухолевой клетки, как считают сторонники вирусной теории, присутствие вируса не

82

обязательно. Интересным фактом вирусной теории рака является установление возможности вызвать злокачественное превращение нормальных клеток нуклеиновыми кислотами, выделенными из опухолеродных вирусов. Высказывают предположение, что при проникновении в клетку нуклеиновая кислота опухолеродного вируса входит в геном ее клетки, связываясь с нуклеиновыми кислотами и вызывая наследственные изменения клетки. Вирусная природа некоторых злокачественных и доброкачественных новообразований несомненна, однако для объяснения происхождения всех злокачественных новообразований под влиянием вирусов нет оснований [4].

Согласно теории травмы, причиной происхождения опухолей является длительное действие на ткань различных раздражителей. Она возникла на основе тех наблюдений, согласно которым опухоли могут возникать в результате различных травм, повреждений ткани, хронических воспалений и других раздражений ткани [5]. В пользу этого приводятся данные о возможности возникновения давно описанного рака кожи у трубочистов, рака на месте старых рубцов, язв и эрозий, рака в желчном пузыре при наличии в нем камней, рака нижней губы у курильщиков трубок и др.

Традиционными методами лечения опухолей являются хирургические операции, системная химиотерапия, лучевая терапия. Научный прогресс в медицине приводит к тому, что на «первый план» выходят менее инвазивные (проникающие через естественные внешние барьеры организма) альтернативные методы лечения.

Одним из таких методов является гипертермия. Так называют все процедуры по перегреванию организма или области опухоли путём применения сверхвысоких частот, радиоволн или с помощью инфракрасного излучения, которые производятся снаружи. Существует несколько различных методов на основе гипертермии: ферромагнитная эмболизация, гипертермическая радиочастотная абляция, гипертермическая микроволновая абляция. Принцип действия гипертермии основан на том, что раковые клетки плохо отводят тепло из-за их недостаточного кровоснабжения. В итоге в раковых клетках происходит скопление тепла, что приводит к недостаточному поступлению кислорода и обеднению питательных веществ в опухоли. Это, в свою очередь, ведёт к нарушению метаболических процессов деления клеток и поддержания их жизнедеятельности, в том числе повреждению систем репарации

83

клеток. Наряду с самостоятельным разрушением опухолевых клеток, гипертермия также значительно повышает эффективность лучевой терапии и химиотерапии, поскольку увеличивается активность химиопрепаратов, и степень их проникновения в клетку, а также повышается радиочувствительность и нарушаются механизмы послерадиационного восстановления ДНК опухолевых клеток.

Ферромагнитная эмболизация - методика, основанная на быстром нагреве биологических структур, создаваемом при введении эмболизирующих ферромагнитных материалов [6]. Глубокая термодест-рукция опухоли осуществляется с помощью наружного электромагнитного излучения. При селективном введении суспензии жесткого ферромагнетика гексаферрита бария в артериальную систему органа, пораженного опухолью, под локальным действием внешнего магнитного поля образуется стабильный гексаферритовый комплекс. Стабильное сцепление частиц ферромагнетика необходимо в дальнейшем для глубокого локального нагревания (до 45 °С) за счет наведения электромагнитного поля высокой частоты.

Радиочастотная абляция представляет собой метод нагревания тканей вокруг специального электрода, погруженного в опухолевый очаг, посредством радиочастотной энергии – радиоволн частотой 450–500 кГц [7]. Физический смысл воздействия радиочастотной абляции в том, что электромагнитный поток, проходя через ткань, вызывает возбуждение ионов, которые приходят в движение и за счет фрикционного тепла разогревают прилежащую ткань. При нагревании свыше 50-60 градусов развивается коагуляционный некроз.

Новый минимально инвазивный метод лечения опухолей печени, так называемая микроволновая абляция, введен для широкого использования в двух госпиталях Калифорнийского университета - Медицинском центре колледжа в Сан-Диего и Центре рака Moores [8].Для выполнения процедуры хирург получает доступ к опухоли чрескожно, через миниатюрный лапароскопический порт или открытый разрез. Опухоль локализируется с помощью ультразвука или компьютерной томографии, затем ее прокалывают тонкой антенной, которая излучает микроволны. Эта энергия заставляет молекулы воды в опухоли вращаться, что приводит к трению, которое вызывает

84

высокую температуру. Температура выше 60 градусов по Цельсию вызывает клеточную смерть, обычно в течение 10 минут.

В 1988 году Норденстрем впервые представил вид лечения, которое он назвал биоэлектрической/электрохимической терапией (BET/ECT) [9-10]. При BET/ECT терапии опухолевые клетки не удаляются инвазивными методами, а разрушаются при помощи постоянного тока. Говоря простым языком, это происходит следующим образом: с помощью двух электродов на опухоль направляется ток. По принципу наименьшего сопротивления ток воздействует на опухолевые клетки, а не на здоровую ткань. Таким образом, этот метод основан на использовании более высокой проводимости опухолевых тканей. Поток постоянного тока изменяет показатель pH клеток и разрушает клеточные мембраны. Опухолевые клетки погибают. Если раковая опухоль находится на поверхности, как например, в случае рака кожи, то она отторгается организмом. Внутри организма эндогенные макрофаги удаляют омертвевшие клетки.

Центральную часть любой альтернативной противораковой терапии занимает борьба с опухолевыми заболеваниями посредством активирования иммунной системы. В последние годы все большее значение придается прививке дендритических клеток [11-13]. С их помощью иммунная система больного должна опознавать раковые клетки как враждебные и уничтожать их. Дендритические клетки презентуют чужеродный материал Т- клеткам — «киллерам» иммунной системы, которые затем ищут и разрушают «чужих» во всем организме. Именно этот механизм используется в терапии как антираковая прививка. Из крови пациента изолируются моноциты (подгруппа белых кровяных телец). Моноциты обрабатываются различными факторами роста; в течение 7 дней развиваются дендритические клетки. В заключение они «подкармливаются» в лаборатории раковыми клетками и их антигенами, выделенными из удаленной опухоли пациента. Дендритические клетки принимают при этом антигенные структуры раковых клеток и становятся антиген-заряженными дендритическими клетками (Рис 1). Успехи подобной терапии обнадеживают. Исследования ученых США, к примеру, при раке простаты показали, что даже «безнадежные» случаи 3 года спустя после инъекции дендрических клеток в 30% остались в живых.

85

Одновременно описывается значительное улучшение общего физического состояния больных.

Рис.1. Действие дендритических клеток

Криоабляция — это терапевтический метод, применяемый с целью стимулирования гибели раковых клеток с помощью холода[14]. Криотерапия является минимально инвазивным лечением, при котором используется экстремальный холод с целью замораживания и последующего уничтожения пораженных тканей, в том числе раковых клеток. Во время процедуры жидкий азот или аргон поступает в игольчатый аппликатор - криозонд, создавая условия низких температур от 90 до 150 градусов со знаком минус (рис.2). Пораженные клетки тканей замораживаются и разрушаются. Кроме того, за счет замерзания локальных кровеносных сосудов, исключается трофика (питание) патологических участков. Затем, в зависимости от величины пораженных площадей, их могут подвергнуть хирургическому удалению. Более мелкие участки рассасываются самостоятельно.

Рис.2. Криозонд

86

Криотерапия считается локализованным методом терапии. Это значит, что она способна лечить болезни только в одном месте, на отдельном участке. Поэтому метод неэффективен для лечения рака, который распространился на другие части тела в виде метастазов.

HIFU является действительно неинвазивным методом [15]. Фокусированный ультразвук высокой энергии беспрепятственно проходит через кожу и подлежащие ткани, не повреждая их, к опухоли. Термин "ультразвук" относится к механической волне с частотой выше частоты, воспринимаемой человеческим ухом (16 kHz). Медицинский ультразвук получается при изменении напряжения пъезоэлектрического материала, например цирконата титана. Этот материал осциллирует в такт подводимому электрическому току. Ультразвуковая волна проходит сквозь ткани, вызывая циклические перепады повышенного и пониженного давления (компрессия и разрежение). По аналогии со световыми лучами, ультразвуковые лучи могут фокусироваться в точке. Энергия высокого уровня, переносимая HIFU, может быть увеличена еще в большей степени и доставлена с точностью к маленькому объему, не задевая близлежащие ткани. Специалисты выделяют три основных механизма повреждающего действия HIFU. Первый – это термическая абляция, основной механизм действия. Высокоэнергетический ультразвук может проникать через ткани, не разрушая их, однако при его фокусировке с помощью линз в определенной зоне организма возникает моментальное повышение температуры до 90 градусов по Цельсию, что вызывает коагуляционный некроз. При этом окружающие ткани остаются нетронутыми. Второй механизм - это акустическая кавитация. Ультразвук вызывает микровибрацию в тканях, при этом молекулярные структуры многократно сжимаются и расширяются. Газ, находящийся в тканях в жидком состоянии, переходит в газообразное и превращается в микропузырьки, которые при достижении ультразвуковой волны резонансной частоты лопаются, и давление в этой зоне возрастает многократно, а температура колеблется в пределах 2000-5000 градусов по Цельсию, что и вызывает гибель ткани (рис. 3). Развитие кавитации вызывается при определенных условиях длины импульса, его частоты и интенсивности, что и учитывается при лечении. Третий механизмэто прямое повреждение сосудов, питающих опухоль.Таким образом

87

суммарный биологический эффект этих трех механизмов вызывает коагуляционный некроз и гибель опухоли.

Рис. 3. Принцип действия HIFU

Изучив и проанализировав научную литературу по данному вопросу, я пришла к выводу, что отказываться от альтернативной медицины нельзя, но она должна быть досконально исследована, и применение данных методов должно проводиться только под контролем врачей. Кроме того, я считаю, что желательно использовать многие из этих методов вместе общепринятыми. Не смотря на то, что панацеи избавляющей людей от этого страшного заболевания пока еще нет, очень хочется надеется на то, что человечество находится на пути к его изобретению.

Литература 1. Галицкий В. А. Канцерогенез и механизмы

внутриклеточной передачи сигналов // Вопросы онкологии.- 2003.- Т.49, № 3.- С.278-293.

88

2.Marotta L.L., Polyak K. Cancer stem cells: a model in the making// CurrOpin Genet Dev. – 2009. - 19(1). – Р. 44-50

3.Новик А. А., Камилова Т. А. Рак — болезнь генетической нестабильности. — «Гедеон Рихтер А. О.», № 1, 2001

4.Заридзе Д. Г. Канцерогенез— М.: Медицина. 2004, 574 с

5.Черезов А.Е. Общая теория рака: тканевый подход. Изд-во МГУ, 1997.- 252 с.

6.Гранов А. М. Борисов А.Е. Эндоваскулярная хирургия печени. Л. Медицина, 1986. 224 с.

7.Асташов В.Л., Лысенко М.В., Чиж С.И. и др. Радиочастотнаяабляция при раке печени. Опыт ГВКГ им.Н.Н. Бурденко // Вестн. Моск. онкол. об-ва. – 2005.– № 11. С. 4–5.

8.Jones C., Badger S.A., Ellis G. The role of microwave ablation in the management of hepatic colorectal metastases.Surgeon. 2011; 9 (1): 33-37. doi: 10.1016/j.surge.2010.07.009.

9.R.P. Bruzon [et al.] Effect of electrochemical therapy on

fibrosarcome Intern. J. SA-37 growth / Cancer. – 2002. – P. 158 – 164.

10.S. Entin [et al.] Tumor growth retardation, cure, and induction of antitumor immunity in B16 melanoma-bearing mice by low electric field-enhanced chemotherapy Clin.Cancer Res – 2003. – Vol. 9, № 8. – P. 3190 – 3197.

11.Liu Y, Grouard G, de Bouteiller O, BanchereauJ.«Follicular dendritic cells and germinal centers». Int Rev Cytol-1996- 166: 139–79

12.Aguzzi A, Krautler NJ. «Characterizing follicular dendritic cells: A progress report» Eur. J. Immunol.-2010- 40 (8): 2134-8.

13.Киселев Ф.Л., Боринская С.А. Вакцина против рака - первые успехи / Природа, 2007.-N 3.-С.52-58

14.Laparoscopic cryoablation of renal angiomyolipoma. /Byrd G.F., Lawatsch E.J., Mesrobian H.G., Begun F., Langenstroer P. // J Urol. 2006. Vol. 176.№ 4. P. 1512-1516.

15.Аль-шукри С.Х.,Боровец С.Ю.Применение HIFU-терапии при лечении больных раком предстательной железы/Урологические ведомости Выпуск № 1 / том 1 / 2011

Воронежский государственный технический университет

89

УДК 546.26.

К.И. Чеботок, Б.А. Спиридонов

СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

На основе литературных данных в работе представлены возможности практического применения углеродных нанотрубок в электро- и радиотехнике

Известно, что с открытием в 1985г. новой аллотропной формы углерода - фуллерена начались интенсивные исследования по изучению его структуры и свойств. Классическим считается фуллерен, содержащий 60 атомов углерода (С60). Схематично молекулу фуллерена можно представить в виде 12 пентагональных (пятиугольных) и 20 гексагональных (шестиугольных) симметрично расположенных граней, образующих форму, близкую к форме футбольного мяча. Эти шарообразные молекулы могут соединяться друг с другом в твердом теле с образованием гранецентрированной (ГЦК) кристаллической решетки [1].

Фуллерен обладает необычными химическими и физическими

разряде. Именно на материале, счищенном с катода в камере дугового разряда Ииджима впервые получил изображения и расшифровал структуры углеродных нанотрубок [2].

Идеальная углеродная нанотрубка (УНТ) - это цилиндр, полученный при свертывании плоской гексагональной сетки графита без швов. Взаимная ориентация гексагональной сетки графита и продольной оси нанотрубки определяет очень важную структурную характеристику нанотрубки, которая получила название хиральности.

Структура одностенных (single-walled) нанотрубок, как следует из экспериментов, далека от идеальной полусферы. Особое место среди одностенных нанотрубок занимают так называемые armchair-нанотрубки или нанотрубки с хиральностью (10, 10). В нанотрубках такого типа две из С-С - связей, входящих в состав каждого шестичленного кольца, ориентированы параллельно продольной оси трубки. Нанотрубки с подобной структурой должны обладать чисто металлической структурой.

90