显微镜载玻片可以通过揭示细胞的颜色来改善癌症诊断
当我们在显微镜下观察生物细胞时,它们通常不是很鲜艳。通常,为了使它们可视化,我们必须人为地添加颜色——通常是通过染色。通过这样做,我们可以看到它们在组织中的形状和排列,并确定它们是否健康。
但有时,仅靠细胞结构不足以准确识别疾病——这可能导致误诊并给患者带来潜在的致命后果。但是,如果有一种方法不仅可以看到细胞的结构,还可以通过在显微镜下观察它们的内在颜色来确定它们是否异常呢?
这是我们团队的目标,因为我们开发了一种名为NanoMslide的新医疗诊断工具。我们修改了一个标准的显微镜载玻片,将其变成了一种强大的乳腺癌检测工具。我们的研究今天发表在《自然》杂志上。
早期发现是关键
据估计,到85岁时,八分之一的澳大利亚女性将被诊断出患有乳腺癌。与大多数癌症一样,及早发现这种疾病至关重要。然而,准确诊断乳腺癌的早期阶段需要识别整个组织中的少量患病细胞,这可能是非常具有挑战性的。
NanoMslide可以在纳米尺度上操纵光,使细胞以鲜艳的色彩对比“点亮”。这使得更容易识别组织内潜在的癌细胞(或良性异常)。
通过提供一种立即区分哪些细胞可能癌变的方法,该工具可能有助于减少目前围绕非常早期乳腺癌检测的不确定性。对于乳房X光检查,在活检时区分乳房异常和早期乳腺癌非常重要,尤其是误诊率高达15%。
发展的主要障碍
将纳米技术纳入医学诊断提出了许多挑战。我们花了六年的时间来确保 NanoMslide 能够有效工作。最终,尖端纳米制造技术、大量的反复试验和一点点好运共同促成了我们的突破。
几十年来,研究人员已经知道癌细胞倾向于以不同于健康细胞的方式与光相互作用。这是由于多种因素造成的,例如细胞内蛋白质的分布及其整体形状的差异。
主要挑战是这些差异可能非常微妙,并且可以以多种方式呈现。以前区分癌细胞的方法(不使用染色剂或标签)倾向于使用专门的显微镜设备或复杂的技术。
但这些方法很难融入现有的病理学工作流程,并且可能需要专业培训和知识。所以我们采取了完全不同的方法。
人体组织的成功
我们没有专注于开发更好的显微镜,而是专注于改进显微镜载玻片。
通过开发一种特殊的纳米加工涂层,我们修改了普通显微镜载玻片的表面,并将其转变为一个巨大的传感器。真正了不起的是传感器的结构只有几百纳米宽,但在几十厘米或更大的区域内以惊人的精度重复。
保持这种精度水平是这种规模的可靠制造所必需的,纳米制造技术取得了进步,这些技术仅在过去六年中才商业化。
传感器由可见光激活。当组织或单个细胞等物体与传感器表面接触时,就会产生颜色。我们已经能够优化这一功能,使病理学家能够通过观察细胞来检测可能癌变的细胞。
目前用于染色组织(以可视化细胞形状和结构)的染料通常以一种或两种颜色存在。NanoMslide 以美丽的全彩色对比呈现组织,使其更容易在一张幻灯片上区分多种类型的细胞。
在我们的研究中,我们与专家乳腺癌病理学家一起使用小鼠模型和患者组织测试了载玻片。通过从一个特征明确的小动物模型开始,我们的物理学家、癌症研究人员和乳腺病理学家团队能够进一步开发该技术。
我们最终达到了可以确信某些可见的特定颜色表明癌细胞的地步。这导致对患者组织进行进一步的病理学评估,在诊断方面有更多的复杂性需要应对。
然而,即使在这种更具挑战性的环境中,NanoMslide 也表现出色。它还优于一些商业生物标志物,这些生物标志物被用作临界诊断的辅助手段(癌症很难与良性异常区分开来)。
就像从黑白电视变成彩色电视
由于该技术不依赖于任何特殊功能或特定分子相互作用,因此它有可能应用于其他类型的癌症——甚至是其他类型的疾病。目前正在开发的另一个应用是检查液体活检的结果,例如脸颊拭子,以便立即进行即时分析。
4 月,我们有幸受益于澳大利亚国家制造工厂新仪器的启用,从而能够扩大生产规模。这意味着 NanoMslide 可以从小规模制造转移到中等规模制造,使我们能够探索许多不同的应用,并生产进一步临床验证所需的载玻片数量。
该技术还可能对不断增长的数字病理学领域大有裨益,NanoMslide 生成的鲜艳色彩可以帮助开发下一代人工智能算法来识别疾病迹象。