活檢是包括癌癥在內(nèi)的多種疾病最廣泛使用的診斷程序之一。今天，黃金標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)械提取組織切片，將其切成薄片，然后用蘇木精和伊紅 (H&E) 染色，使細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)更容易在顯微鏡下看到。雖然這種方法在臨床實(shí)踐中得到了很好的確立，但它有幾個(gè)缺點(diǎn)，需要開發(fā)替代程序。
在最近發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)雜志》上的一項(xiàng)研究中，由德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的 James W. Tunnell 和加州大學(xué)歐文分校的 Thomas E. Milner 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種革命性的基于激光的方法來(lái)進(jìn)行微活檢。他們的方法包括使用集中的激光束從受照射的組織中噴射出少量細(xì)胞，將它們收集到載玻片上，并使用稱為虛擬 H&E 的染色程序。
“傳統(tǒng)的病理學(xué)工作流程存在局限性，包括活檢侵入性和復(fù)雜且耗時(shí)的組織處理;我們基于激光顯微活檢和虛擬 H&E 成像的方案有望成為一種快速、微創(chuàng)的活檢和診斷工具，”Jason B.德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的 King，該研究的第一作者。
這種新型顯微活檢技術(shù)的主要作用機(jī)制是激光消融。這是一種現(xiàn)象，在這種現(xiàn)象中，激光脈沖的聚焦能量被目標(biāo)吸收到整個(gè)小的表面體積，導(dǎo)致物質(zhì)迅速升溫并被噴射出去。盡管激光燒蝕在機(jī)械加工和材料制造中的應(yīng)用更為廣泛，但研究人員試圖以與組織提取和分析兼容的方式使用這一原理。
為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該團(tuán)隊(duì)必須克服幾個(gè)障礙。首先，他們必須設(shè)計(jì)光學(xué)裝置并優(yōu)化激光束的能量和輪廓。僅使用市售設(shè)備和 FDA 批準(zhǔn)的 Ho:YAG 激光器，研究人員構(gòu)建了一個(gè)臺(tái)式激光顯微活檢系統(tǒng)，可以方便地在臨床環(huán)境中使用。
在從理論上和通過(guò)實(shí)驗(yàn)仔細(xì)分析光束輪廓的特征后，他們對(duì)整個(gè)激光顯微活檢過(guò)程進(jìn)行了全面的計(jì)算模擬。這為了解激光束如何與組織相互作用提供了寶貴的見解，并允許他們?cè)谶M(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)之前選擇最佳參數(shù)。
一旦準(zhǔn)備好并配置好原型，研究人員就使用該系統(tǒng)從豬的皮膚和腎臟中提取極少量的組織(低于微升范圍)。他們對(duì)這些組織樣本進(jìn)行虛擬 H&E染色，并用共聚焦顯微鏡對(duì)其進(jìn)行分析。
擬議方案的一個(gè)重要方面是，研究人員用低溫噴霧噴灑目標(biāo)組織區(qū)域和載玻片，以限制消融過(guò)程造成的熱損傷程度。事實(shí)證明，這對(duì)于獲得優(yōu)質(zhì)樣品至關(guān)重要。
實(shí)驗(yàn)的總體結(jié)果非常有希望，因?yàn)榇蟛糠謽颖窘M織沒有受到熱損傷。提取的體積足夠低以實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)，但足以進(jìn)行虛擬 H&E 分析，以及其他分析技術(shù)，如傳統(tǒng) H&E 和蛋白質(zhì)或基因測(cè)試方法。這意味著患者可以接受數(shù)十次激光顯微活檢，而不會(huì)造成與標(biāo)準(zhǔn)活檢幾乎一樣多的傷害。
另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是整個(gè)組織提取和虛擬 H&E 分析協(xié)議可以在幾分鐘內(nèi)完成，而傳統(tǒng)組織處理的標(biāo)準(zhǔn)活檢需要半小時(shí)甚至幾天。最重要的是，不需要訓(xùn)練有素的技術(shù)人員，也不需要共聚焦顯微鏡以外的昂貴顯微鏡設(shè)備。
這些特性使擬議的激光顯微活檢系統(tǒng)成為一種有吸引力的首次通過(guò)篩選工具，以確定是否需要進(jìn)行全面活檢。研究小組還認(rèn)為，這種方法可以在手術(shù)過(guò)程中用于從脆弱的結(jié)構(gòu)和器官中提取組織樣本，同時(shí)盡可能多地保留健康組織。這可以通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)的光學(xué)器件和尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)。
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