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實時觀察活組織細胞！高速3D顯微鏡讓診斷不再需要活檢
2022年03月30日 11:47:42
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：5343
在28日的《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》上發(fā)表的一篇論文中，研究人員描述了一種高速3D顯微鏡MediSCAPE，其能捕獲組織結(jié)構(gòu)的圖像，以指導(dǎo)外科醫(yī)生定位腫瘤及其邊界，而無需活體取樣分析病理結(jié)果。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】傳統(tǒng)活檢樣本的處理方式在100年來沒有改變，活檢后需要幾天才能聽到關(guān)于診斷結(jié)果的消息。而近日，美國哥倫比亞大學(xué)工程團隊開發(fā)了一種技術(shù)，可實現(xiàn)活體內(nèi)的實時成像并取代傳統(tǒng)的活檢。這種能夠捕捉組織結(jié)構(gòu)圖像的高速3D顯微鏡MediSCAPE，幫助使得活體內(nèi)的實時成像取代傳統(tǒng)的活檢和組織學(xué)。
3D成像最主要的特點就是立體逼真、臨場感強、具有強烈的視覺沖擊，這些特點使得3D技術(shù)得到更普及的發(fā)展的必要條件。對于許多醫(yī)療程序來說，特別是癌癥手術(shù)和篩選，醫(yī)生通常會取活檢，以便能夠用顯微鏡仔細觀察它們。但這種方法通常都需要幾天才能得到診斷的結(jié)果。
希爾曼團隊提出了一個大膽的設(shè)想，即組織仍然在體內(nèi)時就直接捕捉到它的圖像，讓醫(yī)生能夠?qū)崟r反饋他們正在查看的組織類型而無需長時間等待。這種設(shè)想為醫(yī)生能夠最好地切除腫瘤并確保沒有留下任何東西做出來了明智的決定，并且能夠更加精確的切除珍貴組織的疾病趨于，像是大腦、脊髓、神經(jīng)、眼睛和面部等。
盡管目前有部分用于手術(shù)引導(dǎo)的顯微鏡已經(jīng)能夠做到實時反饋，但這些顯微鏡只能給予醫(yī)生一個小的、單一的2D平面的圖像，對于一些更大的組織區(qū)域和解釋結(jié)果進行快速檢查卻變得困難。而且這些顯微鏡一般也需要將一種熒光染料注入患者體內(nèi)，不僅需要更多的時間，還會限制它們對某些患者的使用。
在過去的十年里，希爾曼團隊一直在開發(fā)用于神經(jīng)科學(xué)研究的新型顯微鏡，可以非常快速地捕獲活樣本的3D圖像，如微小的蠕蟲、魚、和果蠅來觀察它們的大腦和身體中的神經(jīng)元在移動時是如何發(fā)射的。研究團隊不斷地測試他們的技術(shù)，即稱為SCAPE(用于掃描共聚焦平面激發(fā)顯微鏡)是否可以在身體其他部位的組織中看到任何有用的東西。
該團隊通過觀察小鼠腎臟對他們的顯微鏡進行了測試，他們觀察到的結(jié)構(gòu)很像標準組織學(xué)所得到的結(jié)構(gòu)。最重要的是，過程中并沒有添加任何染料。研究人員看到的一切都是組織中的自然熒光，而這些熒光通常太弱而無法看到。即使研究人員以足夠快的速度進行整體3D成像，實時漫游，掃描組織的不同區(qū)域，MediSCAPE也能非常高效地顯示出這些微弱的信號。研究人員甚至可將獲得的體積拼接在一起，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為組織的大型3D展示，這樣病理學(xué)家就可像一整盒組織學(xué)幻燈片一樣使用它。而目前，該團隊的最后一個關(guān)鍵步驟就是將希爾曼實驗室中標準SCAPE顯微鏡的大尺寸縮小為適合手術(shù)室并可供外科醫(yī)生在人體中使用的系統(tǒng)。
MediSCAPE這種能夠捕捉組織結(jié)構(gòu)圖像的高速3D顯微鏡，可以引導(dǎo)外科醫(yī)生導(dǎo)航腫瘤及其邊界，而不需要切除組織，等待病理學(xué)結(jié)果。它將手術(shù)視野放大并且立體化，讓手術(shù)視野變得更清晰，也讓微創(chuàng)手術(shù)變得更安全、更精準。這種顯微鏡若是能被廣泛使用在臨床，無疑是為精準、安全的手術(shù)增加一組可靠、堅固的地基，以助于開展各類更加精細復(fù)雜的手術(shù)。
該論文“High-speed light-sheet microscopy for the in-situ acquisition of volumetric histological images of living tissue”目前已發(fā)表在《Nature Biomedical Engineering》上。
(資料來源：科技日報)
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