В целях реализации проекта «Фотоакустические технологии для ранней тераностики метастатических опухолей» в феврале 2018 года на базе Саратовского национального исследовательского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского создана лаборатория биомедицинской фотоакустики за счёт грантового финансирования по программе Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих учёных в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования (объём финансирования – 90 млн руб.). 

Направление исследований заключается в развитии прорывного подхода к ранней диагностике и лечению онкологических, инфекционных и сердечно-сосудистых заболеваний с помощью метода фотоакустической проточной цитометрии, основанного на использовании импульсного лазерного излучения и регистрации ультразвуковых колебаний, возникающих при его воздействии на поглощающие объекты в тканях и крови. 

Лаборатория является уникальным современным лабораторно-клиническим комплексом, оснащённым оборудованием для разработки оптического оборудования и ультразвуковой медицинской техники (антивибрационные столы, высокочастотные осциллографы и аналогово-цифровые преобразователи, генераторы задержек, ультразвуковые преобразователи сигналов и предусилители), которое не представлено ни в одном научном подразделении Саратовской области. 

Это позволяет проводить как уникальные научные исследования, так и разработку научного и медицинского оборудования, тестирование его работы на различных этапах подготовки к доклиническим и клиническим испытаниям и промышленному производству. По сравнению с существующими лабораториями возможности представленного лабораторного комплекса уникальны, поскольку позволяют решать комплексные задачи, связанные с разработкой уникальных установок фотоакустической диагностики и проведением научных исследований как для задач разработки исследовательских и медицинских приборов, так и для лучшего понимания патологических процессов, происходящих в организме при различных социально значимых заболеваниях. 

Для решения проблемы диагностики используется метод фотоакустики, который основан на использовании импульсного лазера, который нагревает поглощающие свет объекты в потоке крови. Нагрев превращается в звуковые колебания высокой частоты, подобные тем, что используются в обычных установках УЗИ. Это позволяет обеспечить высокое оптическое разрешение (характерное для оптических методов) и значительную глубину проникновения в биоткани (типичное для ультразвуковых методов исследования). Сочетание этих факторов позволяет видеть патологические клетки в крови пациента. 

Клинический потенциал этого метода был продемонстрирован при тестировании пациентов с меланомой – беспрецедентный предел обнаружения – 1 циркулирующая раковая клетка в 1 литре крови, что в 1000 раз лучше классических методов анализа. Таким образом, с помощью разработанного инновационного метода можно обнаруживать непосредственно в кровотоке, во-первых, циркулирующие раковые клетки, которые являются причиной образования метастазов и основной причиной смертности раковых больных; во-вторых, сгустки клеток, что позволяет диагностировать начало процессов тромбообразования, которые являются причиной инфарктов и инсультов; в-третьих, устанавливать наличие различных возбудителей инфекции в крови. Эти три вида патологических мишеней являются основными причинами гибели пациентов, уже поступивших на лечение. 

На данный момент в лаборатории создан и успешно протестирован на мелких лабораторных животных прототип установки фотоакустической проточной цитометрии, что показало возможность создания диагностического прибора, регистрирующего отдельные редкие меланомные клетки непосредственно в кровотоке пациента или в стандартном анализе крови. Наличие небольшого количества таких клеток (единицы на 10 мл анализа венозной крови) позволяет точно определить начало процесса метастазирования опухолей и правильно разработать подходы к дальнейшему лечению пациента, минимизирующие риск возникновения вторичных опухолей. 

В дальнейшем планируется его развитие для исследовательских целей, изучения фотоакустических сигналов при различных патологиях, наблюдаемых в кровотоке, и возможности выделить и диагностировать различные патологические объекты непосредственно в кровотоке пациента (циркулирующие раковые клетки, сгустки, возбудители инфекций). 

Одновременно проводятся исследования совместно с ведущими российскими разработчиками и производителями импульсных лазеров с целью создания установки для проведения клинических испытаний. 

Лаборатория предназначена как для решения научных задач, так и для обучения и переподготовки специалистов высокой квалификации, которые знакомятся и развивают наиболее современные методы оптических и биомедицинских исследований, разрабатывают уникальные новые материалы. В лаборатории проводят научную работу студенты и аспиранты трёх факультетов и институтов СГУ, а также факультета СГМУ.