يمكن لنظام التصوير فائق الحساسية اكتشاف السرطان في وقت مبكر

قام العلماء بتطوير نظام تصوير رامان مدمج يمكنه بشكل موثوق تمييز الأنسجة السرطانية عن الأنسجة الطبيعية. يمكن أن يدعم هذا النهج الكشف المبكر عن السرطان ويساعد في نقل أدوات التصوير الجزيئي المتقدمة إلى ما هو أبعد من مختبرات الأبحاث وإلى إعدادات سريرية أكثر عملية.

تم تصميم نظام التصوير للكشف عن الإشارات الضعيفة للغاية الصادرة عن جسيمات نانوية متناثرة رامان (SERS) محسنة السطح والتي تم تصميمها لربطها بعلامات الورم. بمجرد تطبيق هذه الجسيمات النانوية على عينة أو على المنطقة التي يتم فحصها، يقرأ النظام إشارة رامان الخاصة بها ويسلط الضوء تلقائيًا على المناطق التي من المرجح أن تحتوي على أنسجة الورم.

وقال قائد فريق البحث تشن تشيو من معهد العلوم والهندسة الصحية الكمية (IQ)، جامعة ولاية ميشيغان: “إن الطرق التقليدية للتشخيص المرتبط بالسرطان تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب عمالة مكثفة لأنها تتطلب تلطيخ عينات الأنسجة وفحص أخصائي علم الأمراض بحثًا عن أي تشوهات”. “على الرغم من أن نظامنا لن يحل محل علم الأمراض على الفور، إلا أنه يمكن أن يكون بمثابة أداة فحص سريعة لتسريع التشخيص.”

تظهر النتائج المنشورة مكاسب كبيرة في الحساسية

في مجلة Optica، وهي مجلة للأبحاث عالية التأثير تابعة لمجموعة Optica Publishing Group، أفاد تشيو وزملاؤه أن نظامهم يمكنه التمييز بين الخلايا السرطانية والخلايا السليمة بينما يكتشف إشارات رامان التي تكون أضعف بحوالي أربع مرات من تلك التي يتم قياسها بواسطة نظام تجاري مماثل. تأتي هذه الحساسية المحسنة من الجمع بين ليزر مصدر مكتسح – والذي يغير الطول الموجي أثناء التحليل – مع كاشف حساس للغاية يسمى كاشف الفوتون الأحادي الفائق التوصيل النانوي (SNSPD).

وقال تشيو: “يمكن لهذه التكنولوجيا في نهاية المطاف أن تمكن الأجهزة المحمولة أو أثناء العملية الجراحية التي تمكن الأطباء من اكتشاف السرطان في مراحل مبكرة، وتحسين دقة أخذ عينات الخزعة ومراقبة تطور المرض من خلال اختبارات أقل تدخلاً”. “في نهاية المطاف، يمكن لمثل هذه التطورات أن تعزز نتائج المرضى وتقلل من التأخير في التشخيص، وتسريع المسار من الكشف إلى العلاج.”

دفع حدود الكشف باستخدام أجهزة الكشف فائقة التوصيل

يدرس مختبر Qiu كيفية استخدام SNSPDs لتعزيز مجموعة من تقنيات التصوير. تعتمد أجهزة SNSPD على سلك فائق التوصيل يمكنه اكتشاف جزيئات الضوء الفردية، مما يسمح للنظام بالتقاط إشارات ضوئية ضعيفة للغاية بسرعة عالية مع الحفاظ على ضوضاء الخلفية منخفضة للغاية.

في هذا المشروع، يهدف الباحثون إلى بناء منصة يمكنها قياس إشارات رامان بشكل أضعف بكثير من تلك التي تكتشفها أنظمة رامان الحالية. يعمل تصوير رامان عن طريق رسم خريطة للتركيب الكيميائي للعينة من خلال بصمات الأصابع الفريدة المتناثرة للضوء لجزيئاتها. يمكن تقوية هذه الإشارات باستخدام جسيمات SERS النانوية.

وقال تشيو: “إن الجمع بين هذا الكاشف المتقدم وبنية رامان ذات المصدر المكتسح التي تحل محل الكاميرا الضخمة وتجمع الضوء بشكل أكثر كفاءة أدى إلى نظام ذو حد كشف يتجاوز بكثير الأنظمة التجارية المماثلة”. “كما أن تكوين اقتران الألياف والتصميم المدمج يسهلان تصغير النظام والترجمة السريرية المستقبلية.”

تباين قوي للورم عبر أنواع عينات متعددة

ولاختبار النظام، استخدم الفريق جسيمات SERS النانوية المطلية بحمض الهيالورونان، والتي تمكن الجسيمات من الارتباط بـ CD44، وهو بروتين سطحي موجود في العديد من الخلايا السرطانية. أظهرت التجارب الأولية باستخدام محاليل الجسيمات النانوية البسيطة أن النظام يمكن أن يصل إلى حساسية الفيمتومولار. ثم طبق الباحثون منصة التصوير على خلايا سرطان الثدي المزروعة، وأورام الفئران، وعينات الأنسجة السليمة.

وقال تشيو: “تركزت إشارات SERS بقوة في عينات الورم، مع اكتشاف الحد الأدنى من الخلفية في الأنسجة السليمة”. “وهذا يدل على حساسية النظام الاستثنائية وقدرته على توفير تباين موثوق للورم مقابل صحي. علاوة على ذلك، من خلال تعديل أو استبدال الجزيء المستهدف، يمكن تكييف هذه الطريقة مع أنواع السرطان الأخرى.”

الخطوات التالية نحو الاستخدام السريري

ووفقا للباحثين، هناك حاجة إلى عمل إضافي قبل أن يتم استخدام النظام في الإعدادات السريرية. سوف تركز التحسينات المستقبلية على زيادة سرعة القراءة وتوسيع دراسات التحقق من الصحة. يستكشف الفريق مصادر ليزر أسرع، بما في ذلك VCSELs، ويختبر ما إذا كان تضييق نطاق المسح يمكن أن يزيد من تحسين الأداء. كما يخططون لإجراء تجارب مضاعفة تستخدم جسيمات نانوية مختلفة لاستهداف مؤشرات حيوية متعددة في نفس الوقت.

يعترف الباحثون بمتعاون الصناعة Quantum Opus، الذي قدم أجهزة SNSPD المستخدمة في هذا العمل.

المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily