Неинвазивный способ подавления роста опухолевых тканей и их омертвления

Изобретение относится к биофизике, радиобиологии, медицине, в частности к онкологии, и может быть использовано для подавления роста опухолевых тканей и их омертвления. Способ включает воздействие на ткани электромагнитного поля сверхвысокой частоты. При этом воздействие осуществляют резонансной частотой при нетепловом уровне плотности потока мощности электромагнитного поля, равной 0,2 мВт/см². Частоту воздействия выбирают равной собственной частоте крутильных колебаний спиралей ДНК клеток опухоли, которую вычисляют по формуле: ƒ=k⋅N^-1/2, где k=2,175×10¹³ Гц, N - число пар нуклеотидов ДНК клетки опухоли. Облучение проводят в течение 6V_d^-1 , где V_d = (K-K_о)/(K_о∆t), где K_о - начальное число клеток опухоли, K - конечное, ∆t - отрезок времени между двумя измерениями. Способ позволяет подавить рост опухолевых тканей за счет подавления репликации ДНК клетки опухоли при отсутствии воздействия на ДНК клетки здоровых тканей. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к областям биофизики, радиобиологии, медицины, конкретно к онкологии, а именно - к способам подавления роста злокачественных опухолей.

Известен способ подавления роста опухолевых тканей, заключающийся во введении в опухолевую ткань октакарбоксифталоцианина металла - октанатриевой соли октакарбоксифталоцианина цинка при дозе 10-150 мг/кг за 1-3 часа до ультразвукового облучения, при котором опухолевую ткань нагревают до температуры 36-42°С (патент РФ №2375090 С1 от 21.07.2008 г.)

Недостатком известного способа является то, что противоопухолевую активность препарат проявляет в дозе, близкой к максимально переносимой. Во-вторых, не устранено побочное действие ультразвука, вызывающее рост опухоли.

В целом лечение с помощью химеотерапии, включая новейшие средства, а также новые способы доставки реагента в клетки опухолевой ткани, результативно далеко не всегда, не говоря уже о тяжелых последствиях химеотерапии для организма даже в сочетании с веществами, гасящими болезненность воздействия.

Кроме того, последующее воздействие ультразвуком на клетки опухолевой ткани разрушает соседние здоровые ткани.

Известна работа Litviakov N.V. Effect of impuls-intermittent ultrahigh frequency irradiation on synthesis of nuclear acids in tumor cells (русский вариант: https://www.researchgate.net/publication/7556708 Effect of impulse-intermittent ultrahigh frequency irradiation on synthesis of nucleic acids in tumor cells).

В этой работе показано, что повторяющиеся высокомощные микроволны способны оказывать тормозящее влияние на процесс синтеза ДНК и РНК в опухолевых клетках мастоцитомы Р-815. Этот эффект зависит от частоты повторения импульсов. Микроволновые импульсы высокой мощности препятствуют процессу транскрипции в опухолевых клетках. Не обнаружено активации системы репарации ДНК из-за облучения нерасщепляющих мононуклеарных клеток крови. Это указывает на то, что повторяющиеся высокомощные микроволны не могут инициировать разрыв одной нити в ДНК опухолевых клеток. Предполагается, что конформация транскрипционных ферментов изменяется под влиянием микроволнового облучения, что приводит к значительному ингибированию синтеза РНК.

Таким образом, речь идет об ингибировании синтеза не ДНК, а РНК, что приводит к торможению синтеза ДНК. При этом культуру опухолевых клеток получали из свежевыделенных клеток.

В работе не указана конкретная СВЧ, что говорит о том, что механизм ее действия авторам неизвестен, о чем и сообщают сами авторы. Мы же обнаружили не просто резонансное поглощение СВЧ молекулами ДНК, но и объяснили его механизм.

Также авторы получили ингибирование процесса синтеза ДНК и снижение скорости пролиферации. Мы же получили уничтожение клеток.

Авторы ссылаются на другие работы, с указанными частотами СВЧ, где утверждается, что действие СВЧ приводит к разрыву связей комплиментарных пар азотистых оснований. Однако резонанс этих связей лежит не в СВЧ, а в терагерцовом диапазоне. К тому же частота порядка 4 ГГц является резонансной для собственной частоты крутильных колебаний некоторых ДНК человека и потому может повредить здоровые ткани.

Сами авторы считают, что действие СВЧ приводит к однонитиевым разрывам в ДНК. Но если такие разрывы имели место, авторы обнаружили бы не снижение скорости пролиферации, а отсутствие пролиферации.

В английском варианте В. Н. Литвяков сам указывает, что данное объяснение неверно.

Существенно то, что авторы работали с выделенными культурами, in vitro, и использовали высокую мощность СВЧ-излучения. СВЧ-излучение высокой мощности вызывает тепловой разогрев, индуцирующий скин-эффект, который мешает проникновению поля в организм человека. Таким образом, нерезонансное поле, которое использовали авторы, не может быть использовано для лечения онкологических заболеваний.

В то же время, поскольку авторы использовали тепловой уровень мощности поля, то, хотя и время экспозиции было всего 5 с, возможно, они наблюдали последствия теплового разогрева.

В нашем же патенте существенно то, что СВЧ-излучение - не тепловое, низкой плотности потока мощности, что позволяет излучению свободно проникать сквозь тело человека, задерживаясь - в силу резонанса - исключительно на выделенных ДНК злокачественных новообразований и не повреждая ДНК здоровых тканей.

В работе Glushkova О.V. et al. «Immune Corrective effect of low intensity radiation of ultrahigh frequency on carcinogenes in mice» (Biofyzica, 2003, MaApr.; 48 (2); 281-288) изучено влияние низкоинтенсивных сантиметровых электромагнитных волн (8,15-18 ГГц, 1 мкВт/см², 1,5 ч в день ежедневно в течение 20 дней) на продукцию фактора некроза опухолей, интерлейкина-2, интерлейкина-3 и экспрессию белка теплового шока 72 в клетках здоровых мышей и животных с экспериментальными солидными опухолями, индуцированными трансплантацией клеток асцитной карциномы Эрлиха. Выявлены разнонаправленные эффекты электромагнитного излучения на секрецию интерлейкина-2 и фактора некроза опухолей и отсутствие влияния излучения на продукцию интерлейкина-3 иммунокомпетентными клетками здоровых мышей. При этом облучение опухоленосителей приводило к устранению вызванного малигнацией угнетения противоопухолевой резистентности, вызывая стимуляцию синтеза фактора некроза опухолей, восстановление интерлейкин-2-секреторной активности иммунокомпетентных клеток и уменьшение степени лимфопении. Кроме того, установлено, что регулярное облучение электромагнитными волнами действует как повторяющийся стресс, что ведет к образованию белка теплового шока 72 в клетках облученных здоровых мышей и облученных опухоленосителей. Полагаем, что иммуномодулирующее действие низкоинтенсивных электромагнитных волн может быть использовано для иммунокоррекции и подавления роста опухолей.

Таким образом, в статье речь идет: 1) о действии СВЧ ЭМП на иммунную систему, но не на саму опухоль, т.е. это существенно другая тема. 2) Излучением воздействуют на организм при конкретном злокачественном новообразовании. Возможно, что при другом онкологическом заболевании иммунная система будет реагировать иным образом, 3) облучение вызывает стресс и экспрессирует ген теплового шока, что может быть опасно для организма. Известно также, что многодневное облучение имеет аккумулятивный характер и действует угнетающе не нервную систему, включая ретикулярную формацию. 4) Не выявлен механизм действия СВЧ ЭМП, указанные частоты лежат далеко от диапазона собственных частот крутильных колебаний клеток опухолей.

В нашем же патенте 1) излучение уничтожает саму опухоль, 2) излучении уничтожает широкий спектр злокачественных новообразований, 3) излучение абсолютно безопасно для организма. 4) Теоретически предсказан, обнаружен и подтвержден механизм действия СВЧ ЭМП на репликацию ДНК.

В работе С.Л. Малиновской, А.Б. Арефьева «Воздействие электромагнитного СВЧ излучения нетепловых интенсивностей на живые клетки» (Ассоциация медицинских физиков России, Медицинская физика, 2000, №8, с.54-59) утверждается, что НИЛИ и ШКС стимулируют рост колоний Esherichia coli М-17, низко интенсивное СВЧ-излучение значительно снижает величину этого параметра. Установлено также, что СВЧ-воздействие и нагрев вызывают сходный бактериостатический эффект на рост кишечной палочки. В течение 10 минут выживаемость (относительная доля) микроорганизмов при СВЧ-облучении уменьшалась с 0,92±0,08 до 0,041±0,025, а при увеличении температуры на 2,7°С наблюдалось снижение с 0,75±0,10 до 0,025±0,010.

Эти данные противоречат нашим исследованиям, более поздней работе Козьмина Г.В. и Егоровой В.И. «Устойчивость биоценозов в условиях изменяющихся электромагнитных свойств биосферы» (Биомед. технологии и радиоэлектроника, 2006, №3, с. 61-72), а также не подтверждены в более поздней работе Малиновской С.Л., Монич В.А. и др. «Особенности воздействий низкоинтенсивных электромагнитных излучений различных диапазонов на микроорганизмы» (Вестник Нижегородского университета, 2010, №2(2), с. 435-438). При плотности потока мощности 3,4 мВт/см², которая на самом деле - что существенно! - тепловая, снижения выживаемости не наблюдалось, значимый результат был обнаружен лишь при 20,4 мВт/см² (Таблица 2), что явно означает действие теплового разогрева из-за СВЧ-излучения.

В работе Ихлова Б.Л. и др. «Оценка собственных частот крутильных колебаний ЛНК человека» (Новая наука: современное состояние и пути развития, 2016, №5-3, с. 3-12) лишь предложен механизм действия поля на ДНК и делается лишь предположение о возможности лечения злокачественных опухолей с помощью нетеплового СВЧ ЭМП, не установлена плотность потока мощности, не выявлены ориентационный эффект и способы его устранения, не определено время экспозиции. В одновременной работе в том же сборнике «О влиянии СВЧ ЭМП на Е. coli» механизм действия поля на ДНК подтвержден лишь на одном типе бактерий, не выведена формула для расчета собственной частоты крутильных колебаний любых ДНК. Самое важное - была использована плотность потока мощности 2 мВт/см², что является тепловым уровнем, и потому не применима к лечению онкологических заболеваний.

В нашем же патенте установлена нетепловая плотность потока мощности 0,2 мВт/см², указана формула расчета частоты, определено время экспозиции. Кроме того, метод опробован на двух других типах бактерий, что уже твердо доказывает и факт поглощения СВЧ ЭМП молекулами ДНК, и доказывает механизм уничтожения клеток - путем торможения репликации их ДНК.

Патент RU 2157134 (ШАФРАНОВ В.В.), 10.10.2000 относится к медицине, в частности к способам деструкции сосудистых опухолей у детей. Для деструкции опухоли используется разогрев биоткани при температуре 42-48°С в течение 3-5 мин и скорости изменения температуры 2-3 град/мин.

Невозможность применения данного типа УВЧ обусловлена тем, что тепловой СВЧ-нагрев сам вызывает онкологические заболевания, кроме того, он разогревает соседние здоровые ткани, что может вызвать самые разнообразные заболевания.

«Известно, - указывается в патенте, - что при температуре 40-42°С резко подавляется жизнеспособность опухолевых клеток. При действии температуры 42°С в течение часа наступают необратимые изменения в ткани. Здоровая ткань остается жизнеспособной при температуре 46°С в течение не более 1 часа».

Дело в том, что жизнеспособность еще не означает сохранение ткани здоровой. Например, деструкция ДНК начинается с 40°С.

Наконец, вызывает сомнение, чтобы за пять минут можно было вылечить онкологическое заболевание. Прошло уже 17 лет, однако данное изобретение Шафранова В. В., как и другие его аналогичные изобретения, в медицине не применяется. Хотя, разумеется, гипертермия в онкологии широко применяется, в том числе при разогреве электромагнитным полем. Локальный нагрев в случае ответственного подхода к процедуре контролируется с помощью термодатчиков и составляет 40-440°С. Одна процедура длится около часа и проводится раз в два-три дня. Всего сеансов может быть до 25, в среднем - 8-12 (Методы лечения в Германии. Гипертермия в онкологии

http://www.medplus24.ru/magazine/treatnient/572.html).

В нашем патенте существенно, что уровень СВЧ ЭМП нетепловой.

Что касается патента RU 2445134 С1 (ООО «ТЕЛЕМАК»), 20.03.2012.

Прибор СВЧ, созданный ООО «Телемак», лечит все болезни, включая туберкулез, простатит, артриты, невралгию, кожные заболевания и т.д., потому говорить серьезно об этом произведении технической мысли не приходится.

Тем не менее для осуществления способа проводят воздействие СВЧ-излучением на участок кожного покрова на частоте 980-1030 МГц плотностью мощности 0,02-0,4 мкВт/см² в течение 5-15 минут. В патенте указывается, что «заявленная группа изобретений обеспечивает повышение эффективности терапевтического СВЧ-воздействия вследствие нормализации изменений микроциркуляции, ускорения репарационных процессов в тканях, противовоспалительного и иммуномодулирующего действия, а также упрощение технологии воздействия и снижение стоимости».

То есть, воздействие не этиотропное, не на саму опухоль, а лишь стимулирующее. Т.е. само по себе излучение не лечит. Кроме того, собственная частота крутильных колебаний ДНК 2-й хромосомы человека 2 ГГц является почти кратной частоте 1,030 ГГц, т.е. частота 1030 МГц может негативно сказываться на данной хромосоме в здоровых тканях.

В нашем же патенте излучение уничтожает саму опухоль и не оказывает действия на ДНК здоровых тканей.

Патент СА 2845747 Al (COVT), 12.09.2015 представляет систему доставки микроволн, систему абляции, включающую в себя базу данных изображений, хранящую множество изображений компьютерной томографии (КТ) просветной сети и навигационную систему, позволяющую в сочетании с эндоскопом и изображениями КТ, навигацию направляющего устройства и расширенного рабочего канала к точке, представляющей интерес. Система дополнительно включает в себя один или несколько фидуциальных маркеров, расположенных вблизи интересующего объекта и устройства подкожного введения для абляции микроволн с целью подачи энергии в интересующий объект. Например, речь идет о прижигании внутренней ткани микроволновым излучением.

Таким образом, это не способ, это полезная или промышленная модель. Ее применение инвазивно, наш же способ существенно неинвазивный, поэтому не повреждает здоровые ткани, не требует хирургии.

Кроме того, модель не может быть применена к глубоколежащим опухолям, а также к тем опухолям, прижигание которых может повредить какие-либо системы. Наш способ позволяет достичь любой точки организма, избирателен и потому безвреден для любых систем организма.

Патент ЕР 2128929 A1 (COVT), 02.12.2009 представляет скользящую микроволновую антенну. Антенный узел включает в себя питающую линию, имеющую внутренний проводник, внешний проводник и внутренний изолятор, расположенный между ними, и излучающую часть, включающую в себя дипольную антенну, соединенную с питающей линией, и троакар, соединенный с дипольной антенной на ее дистальном конце. Антенный узел также содержит скользящую внешнюю оболочку, расположенную вокруг излучающей части и питающей линии. Скользящая наружная оболочка выполнена с возможностью скольжения вокруг, по меньшей мере, одного из излучающего участка и питающей линии из закрытой конфигурации, в которой скользящая внешняя оболочка сопрягается с троакаром и втянутой конфигурацией, в которой скользящая наружная оболочка убирается в непосредственно открытую по меньшей мере часть излучающей части.

Таким образом, данный патент - это либо полезная модель, либо промышленный образец, но не способ лечения злокачественных новообразований. В плане применения к их лечению способом, описанным в нашем патенте, данная антенна вряд ли может быть востребована.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ подавления роста опухолевых тканей при помощи воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты на введенные в опухоль магнитные наночастицы (Кутлубаева Ю.И. «Установка локального разрушения опухолей», РФ №2382659, A61N 2/00

http://poleznayamodel.ru/model/11/113963.html).

Пациенту 6 (лабораторная крыса), в теле которого имеется опухоль, через шприц вводится в вену физиологический раствор с магнитными наночастицами. Создается постоянное, локальное магнитное поле с пространственной конфигурацией, совпадающей с опухолью. Магнитные наночастицы, переносимые кровеносной системой, попадают в зону действия локального магнитного поля, и удерживаются в нем. Концентрация магнитных наночастиц в опухоли постепенно увеличивается. После накопления в опухоли максимального количества магнитных наночастиц включается импульсный СВЧ-генератор. Направленность облучающей рупорной антенны СВЧ-генератора (совпадает с поперечным сечением опухоли), режим его работы: длительность импульсов от 100 мкс до 100 нс, скважность не менее 3-х, обеспечивают локальный нагрев магнитных наночастиц. В результате повреждаются мембраны клеток опухоли, в пределах которой находятся магнитные наночастицы. Опухоль разрушается.

Данный способ принят в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: используется воздействие физического фактора - электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ).

Признаки заявляемого изобретения, отличительные от прототипа, - используется резонансная частота при нетепловом уровне плотности потока мощности ЭМП СВЧ.

Недостатком прототипа является то, что способ требует введения в опухоль магнитных наночастиц. Во-вторых, нагрев пусть локальный, но повреждает соседние ткани. В-третьих, есть очевидные трудности в создании магнитного поля, совпадающего по конфигурации с опухолью. В-четвертых, СВЧ-поле нетепловой плотности потока мощности само вызывает онкологические заболевания.

Задачей настоящего изобретения является изыскание эффективного и менее токсичного способа для подавления опухолевого роста.

Поставленная задача была решена путем воздействия на ДНК клеток опухоли нетепловым сверхвысокочастотным электромагнитным полем, частота которого совпадает с собственной частотой крутильных колебаний ДНК.

Способ состоит из следующих этапов.

Определяется число пар нуклеотидов N в ядерных ДНК клеток опухоли и скорость их деления V_d, V_d=(K-K₀)/(K₀Δt), где K₀ и K измеряются экспериментально, K₀ - начальное число клеток опухоли K - конечное, Δt - отрезок времени между двумя измерениями (см. Ахундов А.А., Николаева Т.Г., Добрынин Я.В., Подвязников С.О. Метод проточной ДНК-цитометрии в прогнозировании клинического течения рака слизистой оболочки полости рта и гортани // Современная онкология. 2002. №3. С.118-120; Davey Н. Flow cytometry for clinical microbiology. CLI 2004; 2/3:12-5).

По этим параметрам вычисляются собственные частоты крутильных колебаний выделенных ДНК и определяется время экспозиции. Собственная частота вычисляется по формуле:

ƒ=k⋅N^-1/2,

где k=2,175×10¹³ Гц, N - число пар нуклеотидов в ДНК.

Опухолевая ткань облучается электромагнитным полем данной резонансной сверхвысокой частоты с плотностью потока мощности 0,2 мВт/см² в течение 6V_d^-1 времени облучения. В ходе облучения клетки опухоли омертвляются, а затем выводятся организмом.

Физический механизм, лежащий в основе способа, заключается в следующем. Молекула ДНК имеет собственную частоту механических крутильных колебаний. При возбуждении этих колебаний молекула испускает электромагнитную волну в СВЧ-диапазоне. Следовательно (как показал эксперимент), молекула ДНК способна поглощать СВЧ-волны, при этом в ней возбуждаются крутильные колебания.

Перед делением клетки одна нить ДНК начинает разворачиваться вокруг другой. После чего к каждой нити подтаскиваются основания ДНК.

Воздействие на ДНК клетки резонансным ЭМП воспрепятствует репликации ДНК, и клетка через несколько времен деления погибнет (что подтвердили эксперименты на Е. coli).

Скорость развертывания нитей спирали ДНК - 140 оборотов в секунду. Пары нуклеотидов нарастают на каждой нити со скоростью 500 оснований в секунду. Следовательно, ЭМП с частотой порядка 10⁹ Гц успевает продействовать, препятствуя контакту оснований и ферментов с нитями спирали ДНК.

Проблема гетерогенности опухолевой ткани и генетической нестабильности клеток опухоли решается путем применения частотной модуляции поля 50 МГц.

Во-вторых, клетки опухоли, в отличие от других клеток, делятся крайне быстро (высокий коэффициент пролиферации), поэтому время экспозиции - приемлемое, 4-5 часов.

В-третьих, поскольку частота резонансная, поле будет воздействовать только на конкретную ДНК. ДНК и прочие фрагменты здоровых клеток останутся неповрежденными.

1. Способ подавления роста опухолевых тканей и их омертвления, включающий воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты, отличающийся тем, что воздействие осуществляют резонансной частотой при нетепловом уровне плотности потока мощности электромагнитного поля, равной 0,2 мВт/см², частоту выбирают равной собственной частоте крутильных колебаний спиралей ДНК клеток опухоли, которую вычисляют по формуле:

ƒ=k⋅N^-1/2,

где k=2,175×10¹³ Гц, N - число пар нуклеотидов ДНК клетки опухоли, при этом облучение проводят в течение 6V_d^-1 , где V_d = (K-K_о)/(K_о∆t), где K_о - начальное число клеток опухоли, K - конечное, ∆t - отрезок времени между двумя измерениями.

2. Способ подавления роста опухолевых тканей и их омертвления по п. 1, отличающийся тем, что используют частотную модуляцию 50 МГц.

3. Способ подавления роста опухолевых тканей и их омертвления по п. 1, отличающийся тем, что для устранения ориентационного эффекта используют одновременно три плоскополяризованных излучения, перпендикулярных друг другу.