激光技术帮助研究人员仔细观察癌细胞

激光技术帮助研究人员仔细观察癌细胞

为癌症患者设计最佳治疗方案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细胞并非完全相同。即使在同一个肿瘤中,癌细胞的基因、行为和对化疗药物的敏感性也会有所不同。

癌细胞通常比健康细胞代谢活跃得多,通过分析癌细胞的代谢活动可以了解癌细胞的行为。但是,对研究人员来说,准确评估这些特征已经证明是困难的。已经使用了几种方法,包括位置发射断层扫描(或PET)扫描、荧光染料和对比度,但每种方法都有限制其使用的缺点。

加州理工大学的王立宏认为,通过使用光声显微镜(PAM),他可以做得更好,这是一种激光在样品中诱发超声波振动的技术。这些振动可以用来成像细胞、血管和组织。

王,布伦医学工程和电气工程教授,正在与德克萨斯州农工大学的Jun Zou教授合作,利用PAM改进现有的氧气消耗率(OCR)测量技术。现有的技术将许多癌细胞带到各个充满血液的“小熊”中。代谢率较高的细胞会消耗更多的氧气,并降低血液中的氧气含量,这一过程由放置在每个幼崽体内的一个微型氧气传感器监控。

与前面提到的方法一样,这种方法也有缺点。为了获得一个有意义的癌症细胞代谢数据样本,研究人员需要将数千个传感器嵌入到一个网格中。此外,幼兽体内传感器的存在会改变细胞的代谢率,导致收集到的数据不准确。

王的改进版不需要氧气传感器,而是使用PAM来测量每个小房间的氧气含量。他用激光做到这一点,激光的波长是血液中的血红蛋白吸收并转化为振动能的声音。当血红蛋白分子被氧化时,它在该波长吸收光的能力会发生变化。因此,王可以通过“倾听”激光照射时发出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学显微镜,或SCM-PAM。

在一篇新的论文中,王和他的合作者指出,SCM-PAM代表了癌症细胞OCR评估能力的巨大提高。使用单个氧传感器测量OCR限制了研究人员每15分钟分析大约30个癌细胞。王的scm-pam改进了两个数量级,允许研究人员在15分钟内分析大约3000个细胞。

王说:“我们有技术来进一步提高吞吐量,而且我们希望这项新技术能很快帮助医生对癌症预后和治疗做出明智的决定。”

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