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手持式质谱笔在手术中以几秒钟的时间确定癌症

来源:IEEE电气电子工程师学会 添加时间:2017-10-11 20:25


科学家发明了一种温和的手持设备,可以在几秒钟内确定组织是否癌变。在手术过程中,该工具可以给外科医生精确的信息,使其判断这些组织是应该被移除或保留。
 
这种笔状的仪器,依赖于化学分析技术质谱,是由德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家开发的。今天发表在《科学转化医学》杂志上。
 
得克萨斯大学奥斯丁分校化学副教授利维亚·埃伯林(Livia Eberlin)指出,手术后肿瘤的存在与癌症复发密切相关,导致生存率下降。“所以最好第一时间把它切除。”
 
清除最后一点的癌组织是很困难的。麻烦点通常发生在肿瘤的边界,很难判断组织是良性还是恶性。乳腺癌患者经常进行第二次和第三次手术以去除初始手术后留下的癌组织。
 
但是切除肿瘤边缘的良性组织会影响器官的功能。这使得外科医生在手术过程中不断做出判断。
 
目前用于检测组织在手术过程中被称为冷冻切片分析的工具,包括切割、冷冻和染色一片组织,然后有病理学家在视觉上检查它。这个过程至少需要30分钟,而且会延长手术时间。冷冻组织也可以改变其结构,导致不准确的结果。
 
Eberlin的“MasSpec”笔可以在没有病理学实验室的情况下立即提供诊断,她的团队在253个人体组织样本中测试了它,发现它正确地识别了96%以上的癌组织。
 
手持仪器本身很简单,但它与更复杂的东西接口:质谱仪。这些大型机器可以根据其质量和通过电场或磁场的轨迹来识别分子。Eberlin的笔功能是对质谱仪的附件。
 
这个系统是这样运作的:外科医生拿着笔来对付可疑的组织。在笔的顶端悬着一小滴水,当它与组织接触时,任何组织上的水溶性分子,包括特定于癌症的代谢产物,自然会溶解到水滴中。
 
然后,液滴被泵入到质谱仪中,质谱仪提供了样品中的每一个分子的信息,例如分子的质量和电荷比,即分子质量和电荷之间的定量关系,每个分子都是独一无二的。
 
这一信息随后由一个名为Lasso的统计分类器进行分析,这是20年前开发的一种算法。Eberlin的团队训练了数百个样本的算法,以识别基于它们的质量比的癌症生物标记。
 
10秒内,工具显示结果:“正常”或“癌症”。一个外科医生可能需要从肿瘤边缘的多个区域取样。Eberlin正在开发一种能够在空间上绘制结果的软件。
 
这并不是工程师们第一次提出可以在手术中实时识别癌症的工具。科学家们已经用其他的质谱仪和荧光探针和不同的光谱学进行了实验。但是,在分析组织的过程中,它们都在某种程度上损害了它,因为它们需要使用气体、溶剂、电压或热量。
 
Eberlin的MasSpec pen只使用水,不会对组织造成损伤。而这种仪器是3d打印的,一次性使用还很便宜。
 
但有一个实际问题:该系统需要在手术室里使用质谱仪。“他们在医院里根本不常见,”Eberlin说。“这绝对是翻译的障碍。”
 
质谱仪很贵——随随便便就要50万美元——而且通常只在高科技研究、法医和药物检测实验室中才使用。Eberlin在她的实验中,使用了一种商用的质谱计,它的大小相当于90年代的复印机。
 
Eberlin说,她想开发一种更小、更便宜的机器,只具备诊断笔所需的能力即可。她说:“这可以成为一种能进出手术室的仪器。”
 
事实上,今年早些时候,其他研究人员介绍了对质谱技术的改进,使其更便宜、更便携,而且比以往任何时候都更加敏感。
 
Eberlin计划明年开始一项试点研究,外科医生将在实际手术中测试她的诊断能力。她说,她将把这些结果与目前临床治疗癌症病人的方法进行比较。

(责任编辑:许丁)

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