En stor utmaning för cancerkirurger är att avgöra exakt var en tumör börjar och var den slutar. Att ta bort för mycket vävnad kan försämra normala funktioner, men att inte ta tillräckligt kan innebära att sjukdomen kan återkomma. "MasSpec Pen, "en handhållen enhet under utveckling, skulle en dag kunna göra det möjligt för kirurger att skilja mellan cancerös och frisk vävnad med större säkerhet på några sekunder, på operationssalen. I dag, forskare rapporterar de första resultaten av dess användning i mänskliga operationer.

Forskarna kommer att presentera sina resultat vid American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Det har visats med omfattande kliniska data att mycket effektiva operationer är de som tar bort mest cancer, men också bevara den mest normala vävnaden, " säger chefsutredaren Livia Eberlin, Ph.D. "Vi skapade MasSpec Pen för att vi trodde att det skulle vara otroligt om det fanns en teknik som faktiskt kunde tillhandahålla molekylär information direkt i operationssalen i levande vävnader inom en tidsram som kunde påskynda kirurgiska beslut."

Förvånande, den vanligaste metoden som läkare för närvarande använder för att fastställa tumörmarginaler eller verifiera en diagnos är 100 år gammal:histopatologi. Med denna teknik, ett vävnadsprov tas ut under operationen och förs till ett laboratorium. Provet är snabbfryst, sektionerad, färgades och undersöktes med ett mikroskop. Totalt, denna procedur kan ta i genomsnitt 30 minuter. Under tiden, patienten, som fortfarande är under narkos, och kirurgen väntar. Dessutom, medan histopatologi är effektiv för många operationer, speciellt för cancer, processen kan vara subjektiv eftersom artefakter från frysningsprocessen kan komplicera tolkningen, Eberlin förklarar.

För att övervinna dessa utmaningar, Eberlin och kollegor vid University of Texas i Austin utvecklade MasSpec Pen, en handhållen och biokompatibel enhet kopplad till en högpresterande masspektrometer. Enheten identifierar snabbt den molekylära profilen för vävnad som exponeras under en operation genom att först avsätta en liten droppe vatten på vävnadens yta under cirka tre sekunder. Nästa, droppen överförs till masspektrometern, där molekyler från vävnaden identifieras. Till sist, maskininlärningsalgoritmer kammar igenom den molekylära informationen och ger en prediktiv diagnos som kirurger kan agera på.

"Vi har utvecklat MasSpec Pen så att kirurgen bara behöver röra vävnaden med pennan, och aktivera systemet med en fotpedal, " säger Eberlin. "Därifrån, allt är kodat och automatiserat så att hela processen är klar på under 10 sekunder." En video av enheten i aktion publiceras här.

Hittills har MasSpec Pen testats på mer än 800 mänskliga vävnader ex vivo, inklusive normala och cancerösa bröst, hjärna, pankreas, sköldkörteln, lung- och äggstocksvävnader. Teamet testar nu MasSpec Pen in vivo, i en pågående klinisk studie vid Texas Medical Center med mänskliga patienter under sköldkörteln, operationer för bröst- och bukspottkörtelcancer. Nyklippt patientvävnad analyseras också och visar lovande resultat.

"Vi fortsätter forskning och utveckling av denna teknik i mitt labb genom att fortsätta att förbättra vår teknik och validera dess prestanda över olika cancertyper, " säger Eberlin. "Vi utforskar också nya tillämpningar inom kirurgi, inklusive minimalt invasiva kirurgiska ingrepp, såväl som utanför operationssalen i kriminaltekniska och jordbruksapplikationer."