Avaruustekniikkaa mukana uudessa rintasyövän hoitomenetelmässä

Hollantilainen yrittäjä Hugo Brunsveld van Hulten on yhdistänyt kaksi tekniikkaa auttamaan lääkäreitä taistelussa syöpää vastaan: magneettiresonanssikuvauksen (magnet resonance imaging, MRI) avulla syöpäkudos voidaan paikallistaa ja määrittää, minkä jälkeen suuritehoisella, keskitetyllä ultraäänellä (high-intensity focused ultrasound, HIFU) voidaan "polttaa" pahanlaatuisia syöpäsoluja.

Brunsveld van Hulten kehittää tätä ActiveFU:ksi nimitettyä keksintöä uudessa European Space Incubator -laitoksessa ESTECissa, ESAn avaruustekniikan tutkimus- ja kehityskeskuksessa Alankomaissa. Avaruustekniikasta ja ESAn asiantuntijoista on ollut apua jo monen maanpäälisen ongelman ratkaisussa.

”Suurtehoultraääni on jo todistettu toimenpidetekniikka, jonka avulla syöpäsolut voidaan poistaa ihmisen kehosta,” kertoo Brunsveld van Hulten. ”Tämä tekniikka yhdistettynä magneettikuvauksen tarjoamien mahdollisuuksien viimeaikaiseen kehitykseen antaa ActiveFU:n käyttäjälle hyvin pitkälle kehittyneen tavan ohjata korkealämpötilaista kasvaimen tuhoamistoimenpidettä. Näemme hoidettavan alueen paremmin reaaliajassa ja voimme ohjata säteet suoraan siihen.”

Tämä innovatiivinen järjestelmä antaa syöpäpotilaiden hoitoon uuden ei-invasiivisen hoitovaihtoehdon, joka on potilasystävällisempi. Syövän poistamiseen ei tarvita leikkausta ja hoito voidana tehdä ilman kemo- ja säteilyterapioihin liittyviä negatiivisia sivuvaikutuksia.

”Menetelmä säästää myös julkisen terveydenhuollon kuluja, sillä se on avohoitomenetelmä,” Brunsveld van Hulten lisää.

Brunsveld van Hulten, joka alunperin on matemaatikko, aloitti työuransa kaukokartoituksen alalla, mutta on 90-luvun alkupuolelta lähtien käyttänytmagneettikuvausjärjestelmää biopsioiden suorittamisessa rintasyövässä ja tutkinut ultraäänen käyttämistä lääketieteellisessä hoidossa.

”Sain tämän idean, kun tutkin magneettikuvauslaitteiden markkinoita, jotka edelleen tänä päivänä rajoittuvat diagnostiikkaan, syöpäkasvaimen löytämiseen, paikantamiseen ja tutkimiseen. Huomasin, että seuraava looginen askel tekniikan käytössä olisi interventionaalinen terapia, eli sitä voisi käyttää varsinaiseen hoitoon”, Brunsveld van Hulten kertoo. ”Tulin siihen johtopäätökseen, että erityisen HIFU-järjestelmän käyttö yhdessä MRI-kuvantamisrintakelan – laite, joka tosiasiassa tuottaa kuvan – voisi olla suuri läpimurto.”

”Valittu kuvantamiskela sallii ei-invasiivisen MRI-diagnostiikan tai magneettiresonanssispektroskopian käytön kemiallisissa analyyseissä ja patologian biopseissa, mikä täydentää kilpailukykyistä diagnostiikan välineistöä ja käyttöä MRI:n yhteydessä.”

Lisäedun saavuttamiseksi Brunsveld van Hulten valitsi rintakelan, joka on yhteensopiva viimeisten 1,5 Teslan ja 3 Teslan järjestelmien kanssa, joilla on korkeampi tiedon vastaanottonopeus ja parempi resoluutio. Kolme tärkeintä MRI-mittauslaitetoimittajaa ovat tuoneet ne viime aikoina markkinoille: General Electric, Siemens ja Philips.

Brunsveld van Hultenin uutta tekniikkaa voidaan käyttää hoitamaan kaikkia pieniä ja paikannettuja kasvaimia, mutta hän päätti alunperin keskittyä hoitamaan rintasyöpää, sillä tämä on yksi yleisimmistä syöpämuodoista, joihin varsinkin 35-69-vuotiaat naiset sairastuvat.

Apua ESAn asiantuntemuksesta ESIn suojeluksessa

Monien palojen on silti vielä loksahdettava paikoilleen ennen kuin idea saadaan potilaita parantamaan, minkä vuoksi European Space Incubator -laitoksen (ESI) käyttö sekä ESAn insinöörien ja lääketieteen asiantuntijoiden apu on niin tärkeää.

”ESAn kyky simuloida monimutkaisia järjestelmiä on ollut elintärkeää määritettäessä parhaita mahdollisia käytettäviä materiaaleja ja teknologioita”, Brunsveld van Hulten sanoo. Alunperin ESAlle satelliittien reaaliaikaista käyttäytymistä simuloimaan kehitettyä EuroSim -ohjelmistofoorumia käytettiin ratkaisemaan järjestelmän suunnittelun tekniikoiden kompleksisuus.

Vaikkakin suuri osa laitteista on teollista peruskalustoa, Brunsveld van Hulten korostaa, että ”erityisesti ESAn sähköpiirit ja sulautettu ohjelmisto auttoivat minua kehittämään kriittisten lämpöhoitoprosessien reaaliaikaisen simulaation ja ohjauksen. Nämä ovat ainutlaatuisia etuja, jotka saavutetaan soveltamalla avaruusteknologiaa tähän jo pitkälle kehitettyyn lääketieteelliseen tuotteeseen.”

ESAn asiantuntemus aallon etenemisen suunnittelussa on ollut olennaista MRI- ja HIFU-teknologioiden saamisessa toimimaan yhdessä parhaalla mahdollisella tavalla. Suunnittelu antaa mahdollisuuden ultraäänen anturin asetusten nopeaan simuloimiseen sen vaikutusten tutkimiseksi ennen itse hoitoa.

Yleensä ultraääniterapeuttinen järjestelmä häiritsee magneettiresonanssikuvausta, mutta Brunsveld van Hulten onnistui ESAn asiantuntijoiden avulla säätämään signaalin taajuutta ja jaksoja niin, että ActiveFU-menetelmää käyttävä lääkäri voi suorittaa toimenpiteen ja samalla seurata tulosta MRI:n avulla.

Ei-magneettisia pienoispietsomoottoreita käytetään asettamaan välineet paikoilleen ennen toimenpidettä. Cedrat Technologies kehitti ne alunperin avaruussovelluksiin, joissa kuvantamisen yhteydessä ei sallita homogeenisten magneettikenttien häirintää.

Joulukuussa projektin komponenttien tekniset vaatimukset hiottiin paikoilleen ESAn Concurrent Design Facility-laitoksen (CDF) avulla, jolloin samalla voitiin osoittaa ja eliminoida nopeasti ongelmakohdat tässä suunnitellussa järjestelmässä.

ESAn asiantuntijoiden lääketieteen tuntemuksen lisäksi European Space Incubator -laitos auttoi Brunsveld van Hultenia siten, että se organisoi ESAn suojeluksessa kansainvälisen tapaamisen, johon osallistui lukuisia johtavia lääketieteen asiantuntijoita. Osallistujat keskustelivat käyttäjän vaatimuksista ja käyttöön liittyvistä rajoituksista sekä uusista ei-invasiivisista diagnostointimenetelmistä, joita käytetään nopeasti kehittyvässä MRI-teknologiassa.

ActiveFU on ensimmäinen ESIstä lähtöisin oleva tuote. ”Kokemuksemme ActiveFu-projektissa on osoittanut, että ESI voi rakentaa sillan idean ja sen toteuttamisen välille", toteaa ESIn johtaja Bruno Naulais ja jatkaa: "Tuemme Brunsveld van Hultenin kaltaisia yrittäjiä tekemään toteuttamiskelpoisen toimintasuunnitelman, suorittamaan esitutkimuksen käytettävistä teknologioista ja tuomaan projektin tasolle, jolla riskipääomaa houkutellaan rahoittamaan suunnitelman kehittämisen eteenpäin.”