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癌细胞平常比常规细胞具有更加高的代谢活性,激光通过乳房扩散并被病人红细胞中携氧的三磷酸腺苷分子摄取

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为患有癌症的患者设计最佳治疗方法需要医生了解患者所患癌症的特征。但治疗癌症的最大困难之一是癌症细胞并非完全相同。即使在同一肿瘤内,癌细胞的遗传,行为和对化疗药物的易感性也会不同。

据悉,由于多种原因,检测传统乳腺癌的乳房造影检查方法不太理想,加利福尼亚理工学院的研究人员开发了一种激光声波扫描仪,能够通过向胸部发射光脉冲,在短短的15秒内发现肿瘤细胞。

癌细胞通常比健康细胞具有更高的代谢活性,并且可以通过分析其代谢活性来收集对癌细胞行为的一些见解。但是,研究人员很难准确评估这些特征。已经使用了几种方法,包括位置发射断层扫描(或PET)扫描,荧光染料和对比,但是每种方法都具有限制其有用性的缺点。

这种称为光声计算机断层扫描的扫描系统,通过将近红外激光脉冲照射到乳房组织,进而发现肿瘤细胞。激光通过乳房扩散并被患者红细胞中携氧的血红蛋白分子吸收,导致分子实现超声波振动。这些振动会通过患者组织传播,乳房皮肤周围的512个超声波传感器阵列随后会检测到这些振动。来自这些传感器的数据用于在与超声波成像类似的过程中形成乳房内部结构图像。

加州理工学院的Lihong
Wang认为,通过使用光声显微镜(PAM)可以做得更好,这是一种激光在样品中引起超声波振动的技术。这些振动可用于成像细胞,血管和组织。

PACT可以提供4厘米深处四分之一毫米结构的清晰视图。加州理工学院医学工程和电气工程教授Lihong
Wang解释道,乳房造影不能提供达到PACT图像细节水平的软组织对比度。

Wang,Bren医学工程和电气工程教授正在与德克萨斯AM大学的Jun
Zou教授合作,利用PAM改进现有的测量氧耗率(OCR)的技术。现有技术需要许多癌细胞,并将它们分别放入充满血液的个体小房间。具有较高代谢的细胞将消耗更多氧气并降低血氧水平,这一过程由放置在每个小室内的微小氧气传感器监测。

由于当前使用波长的激光被血红蛋白吸收,因此PACT可以构建主要显示被扫描组织中血管的图像。这对于发现癌症很有用,因为许多肿瘤都会形成自己的血管,并且周围都是密集的血管组织网络。而这些血管能为肿瘤提供大量的血液,从而促使肿瘤迅速生长。

像前面提到的那样,这种方法有缺点。为了获得有意义的癌细胞代谢数据样本量,研究人员需要将数千个传感器嵌入网格中。另外,在小房间内存在传感器可以改变细胞的代谢率,导致收集的数据不准确。

在PACT扫描过程中,患者正面朝下躺在一张配备超声波传感器和激光器的凹槽桌子上。由于扫描速度快,只需15秒,患者在扫描时可以轻松屏住呼吸,从而有助于形成更清晰的图像。

Wang的改进版本取消了氧气传感器,而是使用PAM来测量每个小时的氧气水平。他用激光调制到血液中的血红蛋白吸收并转换成振动能量

声音的波长。随着血红蛋白分子氧合,其吸收该波长的光的能力发生变化。因此,Wang能够通过聆听激光照射时产生的声音来确定血液样本的含氧量。他称之为单细胞代谢光声显微镜或SCM-PAM。

在一篇新论文中,Wang和他的合着者表明,SCM-PAM代表了评估癌细胞OCR能力的巨大进步。使用单独的氧传感器测量OCR有限的研究人员每15分钟分析大约30个癌细胞。Wang的SCM-PAM将其提高了两个数量级,并允许研究人员在大约15分钟内分析大约3,000个细胞。

我们有技术可以进一步提高吞吐量,我们希望这项新技术可以很快帮助医生做出有关癌症预后和治疗的明智决策,Wang说。

相比其他成像技术,PACT扫描的执行速度极具优势。例如,核磁共振成像扫描可能需要45分钟。MRI扫描也很昂贵,有时需要将造影剂注入患者的血液中。

mg4355线路检测,Wang透露:“例如,钆是一种常见的MRI造影剂,并非完全无害。钆可导致恶心和呕吐,并且可能会长期留在大脑中,并且具有未知的长期影响。相比之下,PACT则是完全安全的:血液作为内在的造影剂,激光暴露也控制在安全范围内。”

Wang表示,PACT技术已经获得了一家公司的许可,其中Wang还是创始人兼股东,该公司计划实现该技术的商业化并开展大规模的临床研究。未来的研究可能会集中在使用PACT对身体其他部位的造影。例如,它可以为医务人员提供评估糖尿病患者肢端血管组织健康状况的能力。糖尿病会损害血管,如果没有接受正确诊断和治疗,可能会导致组织死亡,特别是脚组织。PACT还能够区分含氧和非含氧血液,从而可以进一步提高设备找到肿瘤的能力,因为具有高氧气需求的癌组织能够比健康组织更快地使血液脱氧。

文章来源:OFweek激光网

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