• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Vi skapade ett objektglas som kunde förbättra cancerdiagnosen genom att avslöja färgen på cancerceller

    Kredit:Författare tillhandahålls

    När vi tittar på biologiska celler under ett mikroskop, de är vanligtvis inte särskilt färgglada. I vanliga fall, för att visualisera dem måste vi på konstgjord väg lägga till färg – vanligtvis genom färgning. Genom att göra så, vi kan se deras form och arrangemang i en vävnad och avgöra om de är friska eller inte.

    Ibland, fastän, Enbart cellstruktur räcker inte för att exakt identifiera sjukdom – vilket kan leda till feldiagnostik och potentiellt dödliga konsekvenser för en patient. Men tänk om det fanns ett sätt att inte bara se strukturen av celler, men också avgöra om de är onormala, helt enkelt genom att titta på deras inneboende färg under ett mikroskop?

    Detta var vårt teams mål när vi utvecklade ett nytt medicinskt diagnostiskt verktyg som heter NanoMslide. Vi modifierade ett standardobjektglas för att förvandla det till ett kraftfullt verktyg för att upptäcka bröstcancer. Vår forskning publiceras idag i Natur .

    Tidig upptäckt är nyckeln

    Det uppskattas att en av åtta australiensiska kvinnor kommer att få diagnosen bröstcancer vid 85 års ålder. Som med de flesta cancerformer, att fånga sjukdomen tidigt är avgörande. Dock, en korrekt diagnos av de tidigaste stadierna av bröstcancer kräver identifiering av ett litet antal sjuka celler i en vävnad, vilket kan vara otroligt utmanande.

    NanoMslide kan manipulera ljus i nanoskala, får cellerna att "lysa upp" med levande färgkontrast. Detta gör det lättare att känna igen potentiellt cancerceller (eller godartade abnormiteter) i vävnaden.

    Genom att tillhandahålla ett sätt att omedelbart särskilja vilka celler som kan vara cancerösa, verktyget kan hjälpa till att minska den nuvarande osäkerheten kring upptäckt av bröstcancer i mycket tidigt skede. Med mammografiscreening, att skilja bröstavvikelser från tidig bröstcancer vid biopsi är mycket viktigt, särskilt som feldiagnoser kan vara så höga som 15%.

    mänsklig cancervävnad, ses genom ett mikroskop med NanoMslide applicerad. Kredit:Författare tillhandahålls

    Stora hinder i utvecklingen

    Att införliva nanoteknik i medicinsk diagnostik innebär ett antal utmaningar. Det tog oss sex års utveckling för att säkerställa att NanoMslide skulle fungera effektivt. Till slut var det en kombination av banbrytande nanotillverkning, en betydande mängd trial-and-error och lite lycka som ledde till vårt genombrott.

    I årtionden, Forskare har känt till att cancerceller tenderar att interagera med ljus på ett sätt som skiljer sig från friska celler. Detta beror på en mängd olika faktorer, såsom fördelningen av protein inuti cellen och skillnader i dess övergripande form.

    Den största utmaningen är att dessa skillnader kan vara extremt subtila och kan presenteras på en mängd olika sätt. Tidigare metoder för att differentiera cancerceller (utan att använda fläckar eller etiketter) har tenderat att använda specialiserad mikroskopiutrustning, eller komplexa tekniker.

    Men dessa tillvägagångssätt är svåra att införliva i befintliga patologiarbetsflöden och kan kräva specialistutbildning och kunskap. Så vi tog en radikalt annorlunda inställning.

    Normal (icke-cancerös) mänsklig vävnad, ses genom ett mikroskop med NanoMslide applicerad. Kredit:Författare tillhandahålls

    Framgång med mänsklig vävnad

    Istället för att fokusera på att utveckla ett bättre mikroskop, vi fokuserade på att förbättra objektglaset istället.

    Genom att utveckla en speciell nanotillverkad beläggning, vi modifierade ytan på ett vanligt objektglas och förvandlade det till en enorm sensor. Det som verkligen är anmärkningsvärt är att sensorns struktur bara är några hundra nanometer tvärs över, ändå upprepas med fantastisk precision över ett område på tiotals centimeter, eller mer.

    Att bibehålla denna precisionsnivå, vilket är nödvändigt för tillförlitlig tillverkning i denna skala, har tagit framsteg inom nanotillverkningstekniker som bara blivit kommersiellt tillgängliga under de senaste sex åren.

    Sensorn aktiveras av synligt ljus. Och när ett föremål som en vävnad eller en enda cell kommer i kontakt med sensorns yta, färger produceras. Det är den här funktionen som vi har kunnat optimera för att tillåta patologer att upptäcka celler som sannolikt är cancerösa, bara genom att titta på dem.

    De färgämnen som för närvarande används för att färga vävnader (för att visualisera cellform och arkitektur) finns normalt i en eller två färger. NanoMslide återger vävnader i vacker fullfärgskontrast, vilket gör det lättare att särskilja flera typer av celler på en enda bild.

    NanoMslide är en stor sensor utrustad med banbrytande nanoteknologi. Kredit:Författare tillhandahålls

    För vår studie, vi testade bilderna med experter på bröstcancerpatologer, använder både en musmodell och patientvävnad. Genom att börja med en välkarakteriserad smådjursmodell, vårt team av fysiker, cancerforskare och bröstpatologer kunde utveckla tekniken ytterligare.

    Vi nådde så småningom den punkt där vi kunde vara säkra på att några av de specifika färgerna som syns var indikativa för cancerceller. Detta ledde till ytterligare patologibedömningar med patientvävnad, där det finns mer komplexitet att kämpa med när det gäller diagnos.

    Än, även i denna mer utmanande miljö, NanoMslide presterade starkt. Det överträffade också vissa kommersiella biomarkörer, som används som hjälp vid borderlinediagnoser (där cancer är svår att skilja från godartade avvikelser).

    Som att gå från svartvitt till färg-tv

    Eftersom tekniken inte är beroende av någon speciell funktion, eller specifika molekylära interaktioner, det skulle potentiellt kunna tillämpas på andra typer av cancer – även andra typer av sjukdomar. En annan applikation som nu arbetas med är att undersöka resultaten av flytande biopsier, såsom kindpinnar, för omedelbar vårdpunktsanalys.

    I april, vi hade turen att dra nytta av öppnandet av ett nytt instrument vid Australian National Fabrication Facility för att möjliggöra uppskalning av produktionen. Detta innebär att NanoMslide kan flyttas från småskalig till medelskalig tillverkning, så att vi kan utforska ett antal olika applikationer, och producera antalet objektglas som krävs för ytterligare klinisk validering.

    Tekniken kan också vara enormt fördelaktig för det växande digitala patologiområdet, där de levande färgerna som genereras av NanoMslide kan hjälpa till att utveckla nästa generations artificiell intelligensalgoritmer för att identifiera tecken på sjukdom.

    Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com