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于診斷結果的消息。近期研究開發(fā)了一種技術，可以讓醫(yī)生實時反饋他們正在觀察的組織類型，而無需長時間等待。一種能夠捕捉組織結構圖像的高速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。
哥倫比亞大學工程團隊開發(fā)了一種技術，可以用活體內(nèi)的實時成像取代傳統(tǒng)的活檢和組織學。發(fā)表在《Nature Biomedical Engineering》上的一篇新論文“High-speed light-sheet microscopy for the in-situ acquisition of volumetric histological images of living tissue”中描述了MediSCAPE是一種能夠捕捉組織結構圖像的高速3D顯微鏡，可以引導外科醫(yī)生導航腫瘤及其邊界，而不需要切除組織，等待病理學結果。
https://www.nature.com/articles/s41551-022-00849-7
對于許多醫(yī)療程序，特別是癌癥手術和篩查，醫(yī)生通常會取活檢，切下小塊組織，以便能夠用顯微鏡仔細觀察它們。哥倫比亞大學生物醫(yī)學工程和放射學教授、該研究的資深作者Elizabeth Hillman說：“活檢樣本的處理方式在100年來沒有改變，它們被切下、固定、包埋、切片、染色、定位在載玻片上，并由病理學家使用簡單的顯微鏡進行觀察。這就是為什么在活檢后需要幾天才能聽到關于診斷結果的消息?！?/p>
Hillman的研究小組設想著一個大膽的替代方案，想知道他們是否可以在組織仍然在體內(nèi)的時候捕捉它的圖像。她解釋說：“這樣的技術可以讓醫(yī)生實時反饋他們正在觀察的組織類型，而無需長時間等待。這個即時的答案將讓他們對如何最好地切出一個腫瘤做出明智的決定，并確保沒有留下任何東西。”
該方法的另一個主要好處是，切出組織，只是為了弄清楚它是什么，對醫(yī)生來說是一個艱難的決定，尤其是對于大腦、脊髓、神經(jīng)、眼睛和面部區(qū)域等珍貴的組織。這意味著醫(yī)生可能錯過重要的疾病領域。Hillman說：“因為我們可以對活組織進行成像，而不將其切掉，我們希望MediSCAPE將那些決定變成過去的事情?！?/p>
盡管一些用于手術引導的顯微鏡已經(jīng)可用，但它們只給醫(yī)生一個小的、單一的2D平面的圖像，使得快速檢查更大的組織區(qū)域和解釋結果變得困難。這些顯微鏡一般也需要將一種熒光染料注入患者體內(nèi)，這需要時間，會限制它們對某些患者的使用。
在過去的十年里，Hillman一直在開發(fā)用于神經(jīng)科學研究的新型顯微鏡，可以非?？焖俚夭东@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。研究小組決定測試他們的技術，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。
“我們觀察的第一個組織之一是新鮮的小鼠腎臟，我們驚訝地看到了華麗的結構，看起來非常像你得到的標準組織學，”Kripa Patel說，他是Hillman實驗室的博士研究生，也是這項研究的主要作者?！?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; overflow-wrap: break-word !important;">最重要的是，我們沒有給小鼠添加任何染料——我們看到的一切都是組織中的自然熒光，通常太弱無法看到。我們的顯微鏡是如此高效，以至于我們可以很好地看到這些微弱的信號，即使我們也以足夠快的速度對整個3D體積進行成像，實時漫游，就好像我們拿著手電筒一樣，掃描組織的不同區(qū)域。”
當她“四處游走”時，Patel甚至可以將采集的體積拼接在一起，并將數(shù)據(jù)變成病理學家可以檢查的組織的大型3D表示，就好像它是一盒完整的組織學載玻片。
“這是我沒想到的事情——我實際上可以從不同的角度觀察3D中的結構，”合作者、哥倫比亞大學醫(yī)學中心腎臟病理學家Shana Coley博士說?！?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; overflow-wrap: break-word !important;">我們發(fā)現(xiàn)了許多例子，我們無法從組織學載玻片上的2D切片中識別結構，但在3D中我們可以清楚地看到其形狀。尤其是在腎臟病理學中，我們通常使用非常有限的組織，從樣本中獲得的信息越多，提供更有效的患者護理越好。”
研究小組證明了MediSCAPE在廣泛應用中的力量，從分析小鼠的胰腺癌，到Coley對腎臟等人體移植器官的無損、快速評估的興趣。Coley幫助研究小組從人類腎臟中獲取新鮮樣本，以證明MediSCAPE可以看到與傳統(tǒng)組織學圖像非常匹配的腎病跡象。
研究小組還意識到，通過對體內(nèi)存活的組織進行成像，他們可以獲得比無生命切除活檢更多的信息。他們發(fā)現(xiàn)，他們實際上可以可視化流經(jīng)組織的血流，并看到缺血和再灌注的細胞水平效應（切斷腎臟的血液供應，然后讓其回流）。
Hillman說：“了解組織是否保持健康，并在手術過程中獲得良好的血液供應真的很重要。我們還意識到，如果我們不必去除（并殺死）組織來觀察它們，我們可以為MediSCAPE找到更多的用途，甚至可以回答‘這是什么組織？’等簡單問題?；蛟谡滟F的神經(jīng)周圍導航。這兩種應用對于機器人和腹腔鏡手術都是非常重要的，在這些手術中，外科醫(yī)生識別和直接與組織相互作用的能力更加有限?！?/p>
團隊的最后一個關鍵步驟是將Hillman實驗室中的標準SCAPE顯微鏡的大幅面縮小到適合手術室并可由外科醫(yī)生用于人體的東西。博士后Wenxuan Liang與團隊合作，開發(fā)出外形因子更好的更小版本的系統(tǒng)，以及無菌成像帽。博士候選人Malte Casper幫助獲得了該團隊在活體中首次演示MediSCAPE，收集了口腔內(nèi)和口腔周圍一系列組織的圖像。
急于以更大規(guī)模的臨床試驗將這項技術帶到下一個層次，該團隊目前正在致力于商業(yè)化和FDA批準。Hillman補充道，“我們只是如此驚訝地看到MediSCAPE每次在新組織上使用時都會揭示什么，尤其是我們幾乎從未需要添加染料或染色來看到病理學家能夠識別的結構。”
Hillman和她的團隊希望MediSCAPE能讓標準的組織學成為過去，把實時組織學和決策的力量放到外科醫(yī)生手中。
智慧醫(yī)療網(wǎng) ? 2022 版權所有 ICP備案號：滬ICP備17004559號-5
