Att ta fram den bästa behandlingen för en patient med cancer kräver att läkarna vet något om egenskaperna hos den cancer som patienten lider av. Men en av de största svårigheterna att behandla cancer är att cancerceller inte alla är desamma. Även inom samma tumör, cancerceller kan skilja sig åt i sin genetik, beteende, och mottaglighet för kemoterapimedicin.

Cancerceller är i allmänhet mycket mer metaboliskt aktiva än friska celler, och vissa insikter om en cancercells beteende kan fås genom att analysera dess metaboliska aktivitet. Men att få en korrekt bedömning av dessa egenskaper har visat sig vara svårt för forskare. Flera metoder, inklusive positionsemissionstomografi (eller PET) skanningar, fluorescerande färgämnen, och kontraster har använts, men var och en har nackdelar som begränsar deras användbarhet.

Caltechs Lihong Wang tror att han kan göra det bättre med hjälp av fotoakustisk mikroskopi (PAM), en teknik där laserljus inducerar ultraljudsvibrationer i ett prov. Dessa vibrationer kan användas för att avbilda celler, blodkärl, och vävnader.

Wang, Bren professor i medicinsk teknik och elektroteknik, använder PAM för att förbättra en befintlig teknik för att mäta syreförbrukningshastigheten (OCR) i samarbete med professor Jun Zou vid Texas A&M University. Den befintliga tekniken tar många cancerceller och placerar dem var och en i individuella "kuber" fyllda med blod. Celler med högre ämnesomsättning tar upp mer syre och sänker blodets syrenivå, en process som övervakas av en liten syresensor placerad inuti varje kubb.

Den här metoden, som de tidigare nämnda, har svagheter. För att få en meningsfull provstorlek på metaboliska data för cancerceller skulle forskare behöva bädda in tusentals sensorer i ett rutnät. Dessutom, närvaron av sensorerna i cubbies kan ändra metaboliska hastigheter i cellerna, orsakar att de insamlade uppgifterna är felaktiga.

Wangs förbättrade version gör bort syresensorerna och använder istället PAM för att mäta syrenivån i varje cubby. Han gör detta med laserljus som är avstämt till en våglängd som hemoglobinet i blodet absorberar och omvandlar till vibrationsenergi – ljud. När en hemoglobinmolekyl blir syresatt, dess förmåga att absorbera ljus vid den våglängd förändras. Således, Wang kan avgöra hur syresatt ett blodprov är genom att "lyssna" på ljudet det gör när det belyses av lasern. Han kallar denna encellsmetabolisk fotoakustisk mikroskopi, eller SCM-PAM.

I en ny tidning, Wang och hans medförfattare visar att SCM-PAM representerar en enorm förbättring av förmågan att bedöma cancercellers OCR. Att använda individuella syresensorer för att mäta OCR begränsade forskarna till att analysera ungefär 30 cancerceller var 15:e minut. Wangs SCM-PAM förbättrar det med två storleksordningar och gör det möjligt för forskare att analysera runt 3, 000 celler på cirka 15 minuter.

"Vi har tekniker för att förbättra genomströmningen ytterligare i storleksordningar, och vi hoppas att denna nya teknik snart kan hjälpa läkare att fatta välgrundade beslut om cancerprognos och terapi, säger Wang.

Pappret, betitlad, "Etikettfri höggenomströmning encells fotoakustisk mikroskopi av intratumöral metabolisk heterogenitet, "publicerades online av Nature Biomedicinsk teknik den 1 april.