Проф. Лъчезар Аврамов: Биомедицинската фотоника отваря път към дълголетието, а може би и към безсмъртието?

„Светлина, повече светлина!“ Тези думи, често свързвани с последните мигове на великия мислител Йохан Волфганг фон Гьоте, отдавна са символ на човешкия стремеж към познание. Днес те могат да прозвучат и като своеобразно предчувствие за възхода на една от най-бързо развиващите се научни области – биомедицинската фотоника, която превръща светлината в мощно средство за все по-прецизно изследване на биологичните системи и процеси.

Какво място заема светлината в съвременното откриване и лечение на болестите и какви нови хоризонти открива тя пред медицината? С поглед към тези възможности разговаряме с известния български физик и изследовател проф. Лъчезар Аврамов.

Съдържание

Как се ражда биомедицинската фотоника?

Историята на фотониката е свързана с развитието на оптиката и изучаването на природата на светлината. Постепенно откритията в квантовата физика поставят основите на технологии, основани на светлинните свойства. През 1960 г. американският физик Теодор Мейман създава първия работещ лазер. Това е важен етап в развитието на фотониката. Впоследствие лазерите намират приложение в науката, комуникациите и медицината.

С течение на времето се оформя фотониката – научно-технологична област, която обхваща генерирането, предаването, управлението и приложението на светлината. Днес един от динамично развиващите се нейни клонове е биомедицинската фотоника. Тя използва светлината за изследване, наблюдение, диагностика и лечение на биологични тъкани и жизнени процеси. В това направление активно работят научни и медицински центрове в САЩ, Япония, Нидерландия и други страни.

 

Наука и фотодинамична медицина в България

В нашата страна развитието на биомедицинската фотоника, включително на фотодинамичната медицина, е свързано със значителния принос на проф. Лъчезар Аврамов. По негова инициатива е създаден Националният център по биомедицинска фотоника, обединяващ научни и медицински организации. Основната цел на центъра е резултатите от провежданите изследвания да се превръщат в технологични иновации, медицинска апаратура и практически приложения в лечебната дейност. Съществено значение има обучението на лекари и разработването на нови фотосенсибилизатори (вещества, които се активират от светлината и предизвикват желан биологичен ефект). В рамките на десетгодишна програма се предвижда до около 2030 г. фотодинамичната медицина да се утвърди като научно направление у нас. Днес, въпреки постигнатото, са необходими допълнителни усилия, за да се ускори внедряването на нови технологии в клиничната практика.

 

За проф. Лъчезар Аврамов

 

 

Проф. д.фз.н. Лъчезар Аврамов е известен български физик и откривател. Изследователските му интереси са в областта на биофизиката, биофотониката, лазерните технологии, нанофотониката, оптоелектрониката и медицинската физика. Той е автор и съавтор на над 200 научни публикации и на множество патентовани разработки.

Проф. Аврамов е създател и ръководител на лаборатория „Биофотоника“ в Института по електроника на БАН, както и основател и научен координатор на Националния център по биомедицинска фотоника. През 2009 г. защитава дисертация на тема „Ново поколение лазерни биомедицински системи“, с която е свързано утвърждаването на биомедицинската фотоника като научно направление в България.

Ръководил е над 50 национални и международни научни проекта, включително разработки, свързани с персонализирана диагностика и лечение на онкологични заболявания. Бил е директор на Института по електроника „Акад. Емил Джаков“ на БАН в периода 2016–2020 г. Номиниран е за престижната награда на Европейския съюз „Descartes – Excellence in Scientific Research“ ( „Декарт – върхови постижения в научните изследвания“).

Днес изследователската му дейност е насочена към едно от най-интересните пресечни полета между физиката и медицината – използването на светлината като прецизен инструмент за диагностика и лечение, включително при персонализиран подход към онкологичните заболявания.

 

Интервю с проф. Лъчезар Аврамов

Проф. Аврамов, нека да започнем този разговор с Ваше кратко пояснение на понятието „биомедицинска фотоника“…

– Това е интердисциплинарна научна област, която прилага принципите и технологиите на фотониката за изследване, диагностика и лечение на биологични системи – от молекулярно и клетъчно до тъканно, органно и системно ниво. Изучаването на оптичните свойства на биологичните структури и на промените в тях при болестни процеси създава предпоставки за разработването на нови диагностични и терапевтични подходи, включително методи с висока прецизност и минимална инвазивност.

Как оптичните свойства на тъканите се използват за диагностика и лечение на заболявания?

– Промените в начина, по който тъканите поглъщат, разсейват, отразяват или пропускат светлина, се измерват с различни оптични методи. Тъй като тези характеристики зависят от структурата и състава на тъканите, развитието на болестен процес може да предизвика измерими отклонения и различия от нормалното състояние. Така светлината позволява при някои заболявания да се откриват патологични изменения, да се определят тяхното местоположение и характеристики и да се проследяват промените им във времето.

Като човек с 40-годишен опит в биофизиката и медицинската физика мога да кажа, че биологичната еволюция е изградила в клетките и органите множество механизми за взаимодействие и защита спрямо различни химични вещества. Затова при медикаментозното лечение ползата и рискът често вървят заедно и в листовките към всеки медикамент са описани възможни нежелани реакции. При светлината ситуацията в определени терапевтични приложения е различна – нейната дължина на вълната, интензитетът и продължителността на влияние могат да се контролират прецизно, което позволява таргетно (насочено) действие върху определени тъкани или биологични процеси.

Каква е връзката между прецизния контрол върху светлинното въздействие и тераностиката (подход, който съчетава диагностиката и лечението)?

– Връзката е пряка. Не става дума просто да се постави диагноза, а след това да се приложи лечение. Тераностиката обикновено означава интегриране на диагностичен маркер или метод с терапевтичен подход, насочени към обща мишена (конкретна молекула, рецептор, клетка или тъкан, свързани със заболяването). Така се открива възможност за проследяване на ефекта от терапията и при необходимост – адаптиране на лечението според индивидуалния отговор на пациента.

Всъщност това е завръщане към фундаменталния Хипократов принцип: „Лекарю, лекувай човека, а не болестта!”. Засега тераностиката у нас, за съжаление, остава предимно научно направление, докато в някои държави вече има приложения в медицинската практика. Развитието на тези технологии е една от посоките, които очертават бъдещето на персонализираната медицина.

Оптичната биопсия също има голям потенциал за практическо приложение. До каква степен тази диагностика вече е навлязла в клиничната практика?

– Биопсията представлява вземане на тъканна или клетъчна проба от човешкото тяло, която се изследва, за да се установи дали има патологични промени и какъв е техният характер. При съмнение за злокачествено заболяване хистологичното изследване на тъканната проба е основният метод за потвърждаване на диагнозата и за определяне характеристиките на тумора, които имат значение при избора на терапия. Това е стандартният подход при биопсията. Тя обаче е инвазивна. Може да бъде болезнена и да крие риск от усложнения. Сред тях, макар и рядко, е т.нар. туморно засяване – попадане и разпространение на туморни клетки по хода на иглата или в мястото, от което е взета тъканната проба.

Оптичната биопсия е различен подход. Тя използва светлина и оптични методи за изследване на тъканите и може да предостави информация за техните структурни и функционални характеристики без традиционното вземане на тъканна проба.

Процедуратата не е инвазивна, което я прави потенциално ценен инструмент за бърза диагностика и проследяване.

Към момента оптичната биопсия не е универсален заместител на стандартното хистологично изследване, но е активно развиваща се област, която разширява възможностите на тъканната диагностика. Очаквам, че с напредването на технологиите и натрупването на достатъчно клинични доказателства през следващото десетилетие оптичната биопсия ще намери широко приложение и постепенно ще придобие водещо значение в определени диагностични области.

Какви са Вашите очаквания за фотодинамичната терапия?

– Тя се развива от няколко десетилетия и се основава на съчетаването между фотосенсибилизатор (фоточувствително вещество), светлина с подходяща дължина на вълната и кислород в тъканта. Фотосенсибилизаторът се разпределя в организма, но при определени условия той се натрупва или се задържа по-продължително в туморната, отколкото в нормалната тъкан. Това се дължи на комплекс от различия между злокачествената и здравата тъкан, сред които особености в кръвоснабдяването, по-висока пропускливост на туморните кръвоносни съдове, нарушено лимфно отвеждане и промени в клетъчните процеси.

Когато към туморната област се приложи светлина с дължина на вълната, съобразена със свойствата на конкретния фотосенсибилизатор, той се активира и в присъствието на кислород предизвиква образуването на реактивни кислородни видове, способни да увреждат клетъчни структури. Тъй като в туморната тъкан фотосенсибилизаторът може да се натрупва в по-голяма степен отколкото в здравата тъкан, терапевтичният ефект е насочен към патологично променените клетки. Очаквам, че с усъвършенстването на фотосенсибилизаторите и светлинните технологии фотодинамичната терапия ще се прилага все по-прецизно и ще разшири ролята си в лечението на определени заболявания.

А как действат мултимодалните сенсибилизатори (вещества, които съчетават различни диагностични и терапевтични възможности)?

– Създаването им е една от съвременните посоки в развитието на биомедицинската фотоника. Мултимодалните сенсибилизатори обикновено са наноструктури, проектирани да се натрупват по-селективно в болната тъкан. В зависимост от състава и предназначението си те могат да подобряват прецизността на образната диагностика, да реагират на външни въздействия като магнитно поле, топлина или ултразвук и да притежават фоточувствителни свойства. В бъдеще тези наноструктури биха могли да допринесат за по-селективно лечение и да намалят необходимостта от допълнителни терапии.

В последните години фотониката и изкуственият интелект все по-често вървят ръка за ръка…

– Действително, съчетаването на двете технологии открива нови възможности, особено при анализа на образи и обработката на сигнали. Алгоритми могат да разпознават промени в тъканите по-бързо и понякога по-точно, отколкото с ръчни методи, а светлинните технологии осигуряват детайлни данни за анализ. Въпреки всичко все пак изкуственият интелект е помощен инструмент, който допълва, но не замества клиничната преценка.

 

 

По-близо ли сме днес до по-дълъг и по-здравословен живот?

– Ако успеем да диагностицираме заболяванията в зародиш и да ги лекуваме с минимално увреждане на здравите тъкани, това би създало условия за по-дълъг и здравословен живот и вероятно би променило начина, по който разбираме дълголетието. Развитието на фотониката и мултимодалните технологии може да стане част от по-значимия стремеж – не само да лекуваме болестите, но и да съхраняваме функциите на организма за все по-дълго време.

Дали този подход би могъл да ни насочи към това, което наричаме безсмъртие?

– Ще се позова на вижданията на един от пионерите на биофотониката – американския проф. Парас Прасад от Университета в Бъфало.

На конференция по медицинска физика моят колега завърши лекцията си със слайд, озаглавен „Можем ли да станем безсмъртни?“. Отговорът му не беше отрицателен. Според проф. Прасад, ако всяко отклонение от нормалното функциониране на организма бъде своевременно установявано и регулирано с помощта на съвременните технологии, човек би могъл да се предпази от развитието на много заболявания и да живее десетки и десетки години.

Още веднъж ще подчертая – биомедицинската фотоника ни дава възможност за супер ранно и щадящо откриване на заболяванията, също и за насочено лечение, но трябва да положим усилия за обучението на кадри, внедряването на новите технологии и въвеждането на ясни правила. Без тези стъпки не бихме могли да преминем устойчиво от експерименти към практика. А когато това се случи, пациентите първи ще усетят разликата. И тя  ще е огромна.

 

Може би очакванията на проф. Лъчезар Аврамов за бъдещето скоро ще станат реалност, особено ако учените и финансиращите институции приемат за водещ принцип думите на Юлиус Швабе (1) : „Ja, „Licht, mehr Licht!“ sei auch unsere Parole!“ („Да, „Светлина, повече светлина!“ нека бъде и нашият девиз!“). Защото светлината вече е не само метафора на познанието, тя е инструмент на науката.