Ett nytt mikroskopsystem kan avbilda levande vävnad i realtid och i molekylär detalj, utan kemikalier eller färgämnen, rapporterar forskare vid University of Illinois.

Systemet använder exakt skräddarsydda ljuspulser för att samtidigt avbilda med flera våglängder. Detta gör det möjligt för forskarna att studera samtidiga processer i celler och vävnader, och kan ge cancerforskare ett nytt verktyg för att spåra tumörprogression och läkare ny teknik för vävnadspatologi och diagnostik.

Forskarna redogjorde för tekniken, kallas samtidig etikettfri autofluorescens multi-harmonisk mikroskopi, i tidningen Naturkommunikation .

"Sättet vi har tagit bort, bearbetning och färgning av vävnad för att diagnostisera sjukdomar har använts på samma sätt i över ett sekel, " sa studieledaren Dr Stephen Boppart, en professor i bioteknik och elektro- och datateknik vid Illinois och en läkare. "Med framsteg inom mikroskopitekniker som vår, vi hoppas kunna ändra vårt sätt att upptäcka, visualisera och övervaka sjukdomar som leder till bättre diagnos, behandlingar och resultat. "

SLAM -mikroskopi skiljer sig från standardvävnadspatologi på flera sätt. Först, det används på levande vävnad, även i en levande varelse, vilket ger den möjlighet att användas för klinisk diagnos eller för att vägleda kirurgi i operationssalen. Andra, den använder inga färgämnen eller kemikalier, bara ljus. Standardförfarandet innebär att man tar bort ett vävnadsprov och lägger till kemiska fläckar - vilket kan vara en lång process - och kemikalierna kan störa cellerna.

Medan andra fläckfria bildtekniker har utvecklats, de visualiserar vanligtvis bara en delmängd av signaler, mäta specifika biologiska eller metaboliska signaturer, sa doktoranden Sixian You, tidningens första författare. Under tiden, SLAM-mikroskopi samlar samtidigt in flera kontraster från celler och vävnader, fånga detaljer och dynamik på molekylär nivå som metabolism.

I den senaste studien, Bopparts grupp tittade på brösttumörer hos råttor, tillsammans med den omgivande vävnadsmiljön. Tack vare samtidiga data, de kunde observera dynamiken i takt med att tumörerna utvecklades och hur olika processer interagerade.

"Vi vet att tumören är där, men tumörer stöder ett helt ekosystem i vävnaden, "Du sa." De rekryterar friska celler för att stödja dem. SLAM tillåter oss att få en övergripande bild av denna ständigt utvecklande tumörmikromiljö vid subcellulär, molekylära och metaboliska nivåer i levande djur och mänsklig vävnad. Att övervaka den processen kan hjälpa oss att bättre förstå cancerutvecklingen, och i framtiden kan leda till bättre diagnos av hur avancerad en tumör är, och bättre terapeutiska tillvägagångssätt som syftar till att stoppa utvecklingen. "

Forskarna såg att cellerna nära tumören hade skillnader i metabolism och morfologi, vilket indikerar att cellerna hade rekryterats av cancern. Dessutom, de observerade omgivande vävnader som skapade infrastruktur för att stödja tumören, som kollagen och blodkärl. De såg också kommunikation mellan tumörcellerna och de omgivande cellerna i form av vesiklar, små transportpaket som frigörs av celler och absorberas av andra celler.

"Tidigare arbete har visat att tumörceller släpper vesiklar för att locka de omgivande cellerna att stödja dem, ”Sa du.” Sedan släpper cellerna som har rekryterats sina egna vesiklar för att gå tillbaka till tumören. Det är en ond cirkel. Det skiljer sig mycket från aktiviteten vi ser i våra kontrollprover med frisk vävnad. Förmågan att se dynamiken hos alla dessa viktiga aktörer i autentiska tumörmiljöer kan hjälpa till att kasta ljus över denna mystiska men kritiska process."

Nästa, Bopparts grupp använder SLAM -mikroskopi för att jämföra frisk vävnad och cancervävnad hos både råttor och människor, fokuserar särskilt på vesikelaktivitet och hur det relaterar till cancer aggressivitet. De arbetar också med att göra bärbara versioner av SLAM-mikroskopet som kan användas kliniskt.

"Det finns en mängd nya data, information och biomarkörer i bilderna vi samlar in från färsk vävnad som fortfarande är metaboliskt aktiv, eller i levande organismer, där vi kan visualisera dynamiken i enskilda celler och deras kollektiva beteenden, sa Boppart, som också är ansluten till Carle Illinois College of Medicine och Beckman Institute for Advanced Science and Technology i Illinois.

"Dessa, Vi förväntar oss, kommer att bli nya markörer för sjukdomar som cancer, och vår bildteknik hjälper till att upptäcka dessa för sjukdomsscreening, diagnostik och övervakningstillämpningar. Vi tror att denna teknik öppnar möjligheten att komplettera, eller till och med ersätta, standard histopatologi behandling, som är tids- och arbetskrävande och bara kan göras vid borttagning, fast, död vävnad, " han sa.