Роль инструментальных методов диагностики в оценке метаболического статуса опухолей придаточного аппарата глаза

Опухоли придаточного аппарата глаза по распространенности среди новообразований органа зрениязанимают лидирующее место. Их дифференциальная диагностика может представлять значительныесложности. Первостепенную роль играет правильная постановка диагноза от которой зависит выбор лечебной тактики. В статье описываются основные метаболические изменения, происходящие в опухолевыхклетках, роль инструментальных методов диагностики в оценке метаболического статуса опухолей придаточного аппарата глаза. Описываются возможности термографии в офтальмоонкологии, метод оказалсянаиболее информативен в выявлении меланомы кожи. ПЭТ КТ как метод диагностики новообразованийпридаточного аппарата глаза приобрел наибольшее значение в диагностике меланомы и лимфомы. Изменения энергетического обмена в быстро пролиферирующих клетках определили применение спектро метрических методов для диагностики опухолей придаточного аппарата глаза. Рассматриваются методыкомбинационного рассеяния, дифференциального обратного рассеяния и флуоресцентной диагностики.В обзоре особое внимание уделено обсуждению возможностей нанобиотехнологических методов. Спектрвозможных применений наночастиц в медицине крайне широк, методы отличаются высокой чувствитель ностью и селективностью. Методический подход, основанный на регистрации параметров биогенныхнаночастиц, способных при своем формировании отражать уровень метаболической активности клеток,являются наиболее перспективным и может быть использован для выявления различных типов опухолей.Предлагается использовать данную способность опухолевых клеток к быстрому восстановлению катионовблагородных металлов и формированием in situ биогенных частиц в качестве инновационного подходадля диагностики опухолей придаточного аппарата глаза.

Ключевые слова: опухоли, придаточный аппарат глаза, диагностика, метаболизм, нанотехнологии,биогенные наночастицы
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных м териалах или методах.

Ocular adnexal tumors are the most prevalent eye lesions. Their differential diagnosis can be challenging.Correct diagnosis is of paramount importance for the choice of treatment strategy. Methods that can be used inthe preoperative period to verify the benign or malignant nature of the tumor are of great interest. Therefore, theissues of preoperative diagnostics are relevant, because of the need to establish a timely diagnosis, optimizetreatment strategy and determine the scope of surgical intervention.One of the fundamental factors that distinguish a tumor cell from a normal cell is metabolic alterations. Tumor cellsundergo metabolic reprogramming to maintain their viability, growth, and proliferation. This article describes themajor metabolic changes that occur in tumor cells. It is now well established that the metabolic profile is differentbetween different tumor types. Studies of the biochemical processes occurring in tumors open new opportunitiesfor researchers to develop various diagnostic methods.This review discusses the role of modern diagnostic methods in assessing the metabolic status of ocular adnexaltumors. Metabolic reprogramming of tumors has served as a basis for the development of various diagnosticmethods since the middle of the last century. The possibilities of thermography in ocular oncology are described;the method has proved to be most informative in detecting melanoma of the skin. PET/CT has gained the greatestimportance as a method of diagnostics of ocular adnexal melanoma and lymphoma. The role of this method indetecting metastases of malignant tumors cannot be overestimated. Changes of energy metabolism in rapidlyproliferating cells determined the use of optical methods for diagnostics of ocular appendage tumors. Ramanscattering, differential backscattering and fluorescence diagnostic methods are described.Nanotechnology is an actively developing and promising field of science. In this review, special attention is paidto the possibilities of nanobiotechnological methods. The range of possible applications of nanoparticles inmedicine is extremely wide, and the methods are characterized by high sensitivity and selectivity. The metabolicreprogramming feature of tumor cells determines their ability to reduce cations to neutral atoms at a high rate withthe subsequent in situ formation of nanosized nanoparticles of biogenic metals. The methodological approachbased on the registration of the parameters of biogenic nanoparticles, which can reflect the level of metabolicactivity of cells, is the most promising and can be used to detect various types of tumors. It is proposed to usethe ability of tumor cells to rapidly reduce noble metal cations and form biogenic particles in situ in an innovativeapproach to the diagnosis of ocular adnexal tumors.

Key words: tumors, ocular adnexa, diagnosis, metabolism, nanotechnology, biogenic nanoparticles
Conflicts of interest. The authors have no conflicts of interest to declare.
Financing. No author has a financial or property interest in any material or method mentioned.

Введение Опухоли придаточного аппарата глаза являются наиболеераспространенными среди новообразований органа зрения исоставляют около 75% [1]. Возможность малигнизации опухо левого процесса при доброкачественных новообразованиях иместно деструктивных изменений, утраты зрительных функций,плохой витальный прогноз при злокачественных определяютмедицинскую и социальную значимость своевременно проводи мых диагностических мероприятий для выбора правильной так тики лечения [2–6]. Окончательный диагноз о принадлежностиопухоли ставится после его удаления с помощью гистологиче ского исследования [7, 8]. Однако опухолевые клетки от нор мальных клеток отличаются не только морфологически, однимиз основных известных факторов различия являются измененияв их метаболизме [9–11]. Метаболическое перепрограммиро вание опухолей послужило основой для конструирования рядадиагностических методов, начиная еще с середины прошлоговека [12]. В настоящем обзоре рассматриваются инструмен тальные методы диагностики новообразований придаточногоаппарата глаза, основанные на метаболических особенностяхопухолевых клеток.Для удовлетворения биоэнергетических, биосинтетическихи окислительно восстановительных потребностей опухолевыеклетки подвергаются генетическому перепрограммированиюметаболизма: усилению одних и/или подавлению других при сущих нормальным клеткам метаболических путей в результатеонкогенных мутаций [13–16]. Такая особенность позволяетподдерживать пролиферацию клеток, находить различные путисохранения их жизнедеятельности в условиях гипоксии и/илинедостатка питательных веществ, способствовать росту и рас пространению опухоли [9].Метаболизм опухолевых клетокК настоящему времени установлено, что энергетический мета болизм опухолевых клеток представляет собой баланс междугликолизом и окислительным фосфорилированием [17]. Вразных типах новообразований получение АТФ – основного источника энергии клеток – достигается за счет метаболиче ской гибкости опухолей. Переход из одного вида метаболизмав другой определяется условиями среды (преимущественногипоксии), энергетической потребностью опухолевой клетки,последовательностью активации онкогенов, размерами опухоли[17–21]. Опухолевые клетки сохраняют способность обратимогопереключения от окислительного фосфорилирования к глико лизу в течение всего канцерогенеза в зависимости от среды,в т.ч. наличия глюкозы – одного из основных источников энер гии, необходимой для жизнедеятельности опухолевой клетки.Метаболический переход от окислительного фосфорилированияк гликолизу может говорить о запуске метастатического пора жения, многие авторы указывают на преобладание гликолиза вбыстрорастущих и агрессивных опухолях, не до конца отраженароль усиления окислительного фосфорилирования на плохойпрогноз заболевания [17, 22–25].Вторым наиболее потребляемым питательным веществомпосле глюкозы является глутамин, который является доно ром азота для биосинтеза нуклеотидов, заменимых аминокис лот, гексозаминов и требуется для обеспечения опухолевыхклеток субстратами, необходимыми для восполнения уровняпромежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот [26–28]. Высказано предположение о возможности преобладанияглутаминолиза в небольших опухолях и, напротив, усилениепотребления глюкозы в опухолях среднего и большого размеров[17]. Еще одним характерным изменением метаболизма опухо левых клеток является резкое увеличение биосинтеза липидов.Повышенная способность к продукции жирных кислот позволяетопухолевой клетке адаптироваться к окислительному стрессу,т.к. насыщенные жирные кислоты менее восприимчивы к окис лению [29]. Предпринимаются попытки выявить специфическиеизменения для определенных типов опухоли по липидному про филю опухолей, которые могут быть использованы в качестведиагностических биомаркеров [30].Таким образом, измененный метаболизм в опухолевых клет ках имеет решающее значение для роста, пролиферации идифференцировки новообразований. Отличия метаболиче ского профиля разных типов опухолей не вызывают сомнений.Накопленный опыт и продолжающиеся исследования по изуче нию биохимических процессов, протекающих в опухолях, откры вают для исследователей новые возможности. Обнаружениесоответствующих метаболических, ферментативных, регулятор ных изменений послужат основой для проектирования новыхметодов диагностики опухолей.Методы диагностикиОдним из первых методов, основанных на обнаружении изме нений метаболизма опухолевых клеток, является метод реги страции видимого изображения собственного инфракрасногоизлучения поверхности тела человека – термография [1, 31].Работы, посвященные термографии опухолей придаточногоаппарата глаза, единичны. Проводилась диагностика отдельныхдоброкачественных и злокачественных опухолей придаточногоаппарата глаза. Качественная характеристика термограмм мела номы кожи показывает гипертермичность опухоли, но в некото рых случаях выявлялась и гипотермия, которая чаще наблюда лась у пожилых людей и в случаях некроза опухоли. На болеепоздних стадиях меланомы кожи – Т2 и Т3 (по международнойклассификации TNM) – разница с симметричным непораженнымучастком составила более 3–4оС. Описана связь феномена «пла мени» при термографии с плохим прогнозом заболевания. Длядоброкачественных новообразований придаточного аппаратаглаза более типичными оказались невыраженная гипотермияили изотермия [1, 32]. Авторы предупреждают о вероятностиполучения как ложноположительных, так и ложноотрицательныхрезультатов вследствие влияния большого числа факторов(конституционные особенности, количество подкожно жировойклетчатки, возраст, особенности кровоснабжения) на характертермограмм, что повлияло и на отсутствие возможности выде лить норму в их количественной оценке.Позитронная эмиссионная томография является высокоин формативным методом лучевой диагностики с возможностя ми выявления наличия первичного очага новообразования,определения метаболизма на молекулярном и клеточномуровнях, определения распространенности опухолевого про цесса, выявления рецидивов и метастазов опухоли [33]. ПЭТ КТ(позитронно эмиссионная томография компьютерная томогра фия) как метод диагностики новообразований придаточногоаппарата глаза приобрел наибольшее значение при диагно стике меланомы. Это определяется тем, что меланома отно сится к опухолям, имеющим один из самых высоких уровнейметаболизма глюкозы и характеризуется высоким захватомфтордезоксиглюкозы [34, 35]. ПЭТ КТ высокоинформативенпри выявлении в первую очередь метастатических поражениймеланомы. Отмечена высокая точность метода (до 97%) посравнению с другими методами исследования (эхография, КТ,сцинтиграфия) при выявлении метастазов меланомы кожи вдругие органы и лимфатические узлы [36]. Имеется мнениео высокой информативности обнаружения метастазов и примеланоме конъюнктивы [37]. Обсуждается целесообразностьприменения метода у пациентов с начальными стадиями забо левания (по TNM), некоторые авторы склоняются к отсутствиюопределенной пользы ПЭТ КТ для обнаружения метастазовна ранних стадиях меланомы конъюнктивы Т1 Т2 [33, 38].Можно говорить о пользе ПЭТ КТ при обнаружении отдален ных метастазов при рецидивирующих формах плоскоклеточ ного рака. Сообщалось о применении ПЭТ КТ при обнаруженииметастазов у пациентов (n=82) с рецидивирующей формойплоскоклеточного рака, локализованной в области головы и шеи, отдельных исследований по выявлению метастазов прирецидивирующих формах плоскоклеточного рака придаточногоаппарата глаза не проводились. Были обнаружены отдаленныеметастазы, по данным ПЭТ КТ, у 14 (17%) пациентов, толькоу двух из которых результаты оказались ложноположитель ными [39]. ПЭТ КТ нашло широкое применение в диагностикеопухолей придаточного аппарата глаза при лимфомах ввидунеобходимости установления точной стадии опухоли дляразработки протокола лечения и оценки ответа на терапию[40, 41]. Поскольку при лимфоме происходит диссеминациязлокачественных опухолевых клеток с током лимфы, важнымявляется обнаружение очагов поражения в других органах.ПЭТ КТ показала высокую чувствительность по сравнениюс КТ для первичной диагностики лимфом [42, 43]. Одной изосновных областей применения ПЭТ КТ при лимфомах ока зался мониторинг ответа на лечение [44–46].ПЭТ КТ, безусловно, не имеет преимуществ в диагностикезлокачественных опухолей придаточного аппарата глаза припервичном обнаружении заболевания (за исключением лим фом), но имеет большую ценность при выявлении метастазов.ПЭТ КТ отличается необходимостью введения в организмрадиофармпрепаратов, имеет ограничения применения принекоторых соматических заболеваниях и реализуется на доро гостоящем оборудовании. Американская ассоциация клини ческих онкологов (2013) советует избегать необоснованногоиспользования ПЭТ КТ для исключения рецидива заболева ния ввиду высокой лучевой нагрузки на организм пациента иполучения ложноположительных результатов, которые могутпривести к ошибкам в постановке диагноза и дальнейшеговедения пациента.Применение в офтальмоонкологии спектрометрических мето дов обосновано изменением энергетического обмена в быстропролиферирующих опухолевых клетках по сравнению с нор мальными [9]. Принцип комбинационного рассеяния основан нахимических и структурных изменениях ткани на молекулярномуровне, в частности с изменениями в структуре белка, проис ходящих в опухолевых клетках. Эти изменения отражаются вспектрах комбинационного рассеяния, которые уникальны длякаждого молекулярного соединения. В литературе имеется нем ного работ, посвященных применению комбинационного рассе яния при опухолях придаточного аппарата глаза, в основном оникасаются меланомы кожи. Авторы показали, что исследованиеформы спектра комбинационного рассеяния позволяет выявитьзлокачественные новообразования. При меланоме кожи болеепоказательные изменения в спектре комбинационного рассея ния по сравнению с нормальной кожей проявились в полосахспектра 1116–1210 см [47, 48].Другими авторами было проведено исследование новообра зований кожи век для получения спектральной информации оструктуре тканей с помощью дифференциального обратногорассеяния. Исследование спектральной плотности интенсив ности обратного рассеяния новообразований кожи показаловозможность идентификации отдельных типов (невуса и мела номы кожи) новообразований придаточного аппарата глаза.Показатели оптического коэффициента при меланоме кожи(>3) были выше показателей оптического коэффициента приневусе (<1,5). Недостатком метода явилась невозможностьидентифицирования базальноклеточного рака, у которогооптический коэффициент составил также менее 1,5 [49]. Этиже авторы годом позднее проводили сравнение меланомыкожи и невуса, но уже с другим введенным оптическим коэф фициентом, показатели составили 1,25–1,4 и 1,0–1,2 соответ ственно [47].Еще одним методом, основанном на метаболизме опухолевойклетки, является флуоресцентная диагностика. Метод основанна изменениях энергетического метаболизма опухолевых клетоки обнаружении эндогенных люминофоров и экзогенных фото сенсибилизаторов [50]. Выявлены различия в уровнях интен сивности флуоресценции доброкачественных и беспигментныхзлокачественных эпителиальных опухолей кожи век, которыеоценивались по величине индекса контрастности. Данный пока затель был выше при злокачественных опухолях (более 2,0) посравнению с доброкачественными (менее 1,4) [51].Для диагностики опухолей придаточного аппарата глаза,ввиду лучшего доступа, неинвазивные спектрометрическиеметоды имеют преимущество по сравнению с диагностикойопухолей других систем. Однако изучены только отдельныезлокачественные опухоли, также требует усовершенствованияполучение количественных характеристик, возможно, с усложне нием математических моделей для расчета полученных данных.Также недостатками описанных методов являются длительностьобработки результатов и трудоемкость измерений.Метод масс спектрометрии не нашел широкого примененияв офтальмоонкологии, большинство работ было из областинейрохирургии. Данный метод анализирует молекулярныйсостав исследуемых образцов и позволяет идентифицироватьопухолевые клетки по наличию в них специфических белков иметаболитов [52, 53]. Разработан интраоперационный метод«умный нож» (iKnife – intelligent knife) для идентификации тканив режиме реального времени, при котором на операционномстоле проводится исследование профиля масс спектра иссека емых тканей, но применение метода затруднено из за высокойстоимости оборудования и необходимостью наличия масс спектрометра в операционной [54].Новой перспективной областью диагностики опухолей явля ются нанобиотехнологические исследования. Нанотехнологиивключают в себя разработку, синтез и применение мелкодис персных материалов с размерами в диапазоне 1–100 нано метров [55]. Наночастицы можно разделить на 3 основныекатегории: органические (липосомы, полимерные наночастицы,мицеллы, дендримеры и твердые липидные наночастицы),неорганические (наночастицы металлов и их оксидов, полу проводниковые нанокристаллы, керамические наночастицы) игибридные наночастицы [55, 56]. Они обладают собственнымиоптическими, тепловыми, электрическими или магнитнымисвойствами, которые можно использовать для получениявысокоточных изображений в диагностических целях [57–59].Спектр возможных применений наночастиц, разработанныхспециально для диагностики определенных форм опухолевыхклеток, в медицине достаточно широк и отличается высокойчувствительностью и селективностью. К настоящему времениразработаны методы конструирования наночастиц, наделенныхуникальными многофункциональными оптическими, теплоин дуцибельными и магнитными свойствами. Функциональностьповерхности сконструированых наночастиц, которая регули рует взаимодействие наноматериалов и биологических сис тем, является важным фактором, определяющим поведениеи биомедицинское взаимодействие таких наноматериаловпри их практическом применении как in vitro, так и in vivo.Предлагаются высокоспецифические диагностические схемына основе наночастиц [60, 61]. Однако процесс приготовлениятаких наночастиц невозможен без детального исследования молекулярных свойств целевого объекта и является сложными крайне дорогостоящим.Особенностью опухолевых клеток, обладающих высокимуровнем метаболизма, является повышенная способностьвосстановления катионов благородных и тяжелых металловдо нейтральных атомов с последующей их агрегацией и фор мированием наноразмерных биогенных частиц [62]. Показано,что качественные и количественные распределения линейныхпараметров формированных биогенных наночастиц в ходевзаимодействия метаболитов клеток с растворимыми солямиблагородных и тяжелых металлов отличаются в зависимости отсвойств эукариотических клеток и их метаболической активно сти [63]. Основными параметрами реакционных смесей, влия ющими на биогенные процессы формирования металлическихнаночастиц из нанокластеров, по единому мнению авторов,являлись pH, температура, время реакции и концентрацииучаствующих реагентов [63–66]. Влияние условий среды нахарактеристики наночастиц при их синтезе является наиболееважным критерием для проектирования новых методов диаг ностики опухолей. Исследования, посвященные получениюбиогенных наночастиц, способных при своем формированииотражать уровень метаболической активности клеток, явля ются наиболее перспективными, и могут быть использованыдля выявления различных типов опухолей, в т.ч. опухолейпридаточного аппарата глаза.ЗаключениеОпухолевые клетки отличаются от нормальных не толькоморфологически, но и более высоким уровнем клеточногометаболизма. Определяющим признаком опухолевого про цесса является аномальная неконтролируемая пролиферация,для поддержания которой опухолевые клетки подвергаютсяонкоген ориентированному метаболическому перепрограм мированию. Современная диагностика, основанная на реги страции метаболических особенностей опухолей придаточногоаппарата глаза, многообразна. Описанные в обзоре методыхарактеризуются длительностью проведения исследования и/или необходимостью наличия дорогостоящего оборудования,для одних отсутствуют четкие критерии количественной оценкиполученных данных, для проведения других есть ряд противо показаний. Перспективным методическим подходом являетсянанодиагностика доброкачественных и злокачественных опухо лей придаточного аппарата глаза, основанная на регистрацииболее высокого уровня восстановительной активности опухо левых клеток, оцениваемой по результатам формирования insitu биогенных наночастиц серебра. Возможность быстрогодо или интраоперационного определения типа опухоли и егозлокачественности позволит оптимизировать тактику хирурги ческого лечения.