Nová zobrazovací technika rozezná rakovinové buňky

Výzkumný tým demonstroval na vzorcích nádoru mléčné žlázy u laboratorních potkanů novou mikroskopickou techniku, která se nazývá nelineární interferometrické vibracionální zobrazování (NIVI). Výsledkem byly snadno čitelné, barevné obrázky tkání s jasně naznačenými hranicemi nádoru se spolehlivostí 99 % - během méně než 5 minut.

Vedoucím výzkumu byl profesor a lékař Stephen A. Boppart, odborník na elektrické a počítačové inženýrství, bioinženýrství a medicínu. Výsledky vědců z Illinois byly publikovány na titulní straně magazínu Cancer Research. 

Nejen že současné diagnostické metody vyžadují den nebo více na zhotovení výsledků, ale jsou také subjektivní, založené na vizuálních interpretacích buněčného tvaru a struktury. Pacientovi je odebrán malý vzorek podezřelé tkáně, k němuž se přidá barvivo, které zviditelní určité rysy buněk. Patolog prohlíží vzorek pod mikroskopem a zjišťuje, zda buňky vypadají nezvykle, často konzultuje výsledek s ostatními patology.

„Diagnóza je stanovena na základě velmi subjektivní interpretace - jak jsou buňky rozloženy, jaká je jejich struktura a morfologie," řekl Boppart, který působí na univerzitním Beckmanově institutu pro vývoj vědy a technologie. „Tohle nazýváme zlatým standardem diagnostikování. My ale chceme proces lékařské diagnostiky urychlit."

Místo soustředění se na strukturu buňky a tkáně, NIVI hodnotí a konstruuje obrazy na základě molekulární kompozice. Normální buňky mají vysokou koncentraci lipidů, ale nádorové buňky produkují více proteinů. Pomocí identifikace buněk s abnormálně vysokou koncentrací bílkovin vědci přesně rozlišili nádorovou buňku od zdravé, aniž by museli čekat na obarvení.

Každý typ molekuly má jedinečný vibrační stav energie ve svých spojích. Když se zvýší rezonance této vibrace, může být produkován signál, který může být použitý k identifikování buněk s vysokou koncentrací určitého typu molekuly. NIVI používá dva paprsky světla na excitaci molekul ve vzorku tkáně.

„Je to jako když někoho postrčíte na houpačce. Když někoho rozhoupete ve správný čas, osoba na houpačce bude stoupat vzhůru. Pokud nestrčíte do houpačky ve správnou dobu, osoba se zastaví," řekl Boppart. „V případě že užijeme správné optické frekvence k excitování těchto vibračních stavů, můžeme zvýšit rezonanci a signál."

Jeden ze dvou paprsků světla funguje jako referenční, takže kombinace tohoto paprsku se signálem produkovaným excitovaným vzorkem zastaví ruchy v pozadí a izoluje molekulární signál. Statistická analýza výsledného spektra produkuje barvami kódovaný obraz všude ve tkáni: modrá barva značí normální buňky, červená nádorové.

Další výhodou techniky NIVI je exaktnější mapování hranic nádoru, což je kámen úrazu pro mnoho patologů. Nejistotou ve vizuální diagnostice může být široká oblast tkáně. Patolog bojuje s rozeznáním hranice, kde nádor končí a normální tkáň začíná. Červeno-modré barevné kódování ukazuje nejistou hraniční zónu širokou asi 100 mikronů - stěží přesahuje buňku nebo dvě.

„Někdy je velice těžké vizuálně zjistit, zda se jedná o normální nebo abnormální buňku," řekl Boppart. „Ale molekulárně jsou zde jasná kritéria."

Vědci pracují na zlepšení a rozšíření aplikace své techniky. Naladěním frekvence laserového paprsku mohou testovat jiné typy molekul. Snaží se proces zrychlit, zobrazovat v reálném čase a objevit nové laserové zdroje, aby metoda NIVI byla kompaktnější a také přenosná. Rovněž vyvíjejí nový světelný systém opatřování vzorků, jako jsou katetry, sondy nebo jehly, které mohou testovat tkáň, aniž by bylo nutné odebrat vzorek.

„Až zlepšíme spektrální rozlišení a rozšíříme spektrum, můžeme být flexibilnější v identifikování různých molekul," řekl Boppart. „Jakmile dorazíme do tohoto bodu, myslíme si, že vymyslíme mnoho různých možností pro diagnostiku rakoviny."

Překlad: Pavla Čermáková

Použité zdroje:

Zdroj: www.sciencedaily.org

Originální studie:

P. D. Chowdary, Z. Jiang, E. J. Chaney, W. A. Benalcazar, D. L. Marks, M. Gruebele, S. A. Boppart. Molecular Histopathology by Spectrally Reconstructed Nonlinear Interferometric Vibrational Imaging. Cancer Research, 2010; DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-10-1554

Obrazové přílohy: http://www.sxc.hu/