Laserteknologi hjælper forskere med at granske kræftceller

At udtænke den bedste behandling for en patient med kræft kræver, at lægerne ved noget om træk ved den kræftsygdom, som patienten lider af. Men en af ​​de største vanskeligheder ved behandling af kræft er, at kræftceller ikke alle er ens. Selv inden for samme tumor, kræftceller kan variere i deres genetik, opførsel, og modtagelighed for kemoterapi.

Kræftceller er generelt meget mere metabolisk aktive end raske celler, og nogle indsigter i en kræftcelles adfærd kan opnås ved at analysere dens metaboliske aktivitet. Men det har vist sig svært for forskere at få en præcis vurdering af disse egenskaber. Flere metoder, inklusive positionsemissionstomografi (eller PET) scanninger, fluorescerende farvestoffer, og kontraster er blevet brugt, men hver har ulemper, der begrænser deres anvendelighed.

Caltechs Lihong Wang mener, at han kan gøre det bedre ved at bruge fotoakustisk mikroskopi (PAM), en teknik, hvor laserlys inducerer ultralydsvibrationer i en prøve. Disse vibrationer kan bruges til at afbilde celler, blodårer, og væv.

Wang, Bren professor i medicinsk teknik og elektroteknik, bruger PAM til at forbedre en eksisterende teknologi til måling af oxygen-forbrugshastigheden (OCR) i samarbejde med professor Jun Zou ved Texas A&M University. Den eksisterende teknologi tager mange kræftceller og placerer dem hver i individuelle "cubbies" fyldt med blod. Celler med højere stofskifte vil bruge mere ilt og vil sænke blodets iltniveau, en proces, som overvåges af en lille iltsensor placeret inde i hver cubby.

Denne metode, som de tidligere nævnte, har svagheder. For at få en meningsfuld stikprøvestørrelse af metaboliske data for kræftceller ville det kræve, at forskere indlejrede tusindvis af sensorer i et gitter. Derudover tilstedeværelsen af ​​sensorerne i cubbies kan ændre metaboliske hastigheder i cellerne, forårsager, at de indsamlede data er unøjagtige.

Wangs forbedrede version gør op med iltsensorerne og bruger i stedet PAM til at måle iltniveauet i hver cubby. Det gør han med laserlys, der er indstillet til en bølgelængde, som hæmoglobinet i blodet absorberer og omdanner til vibrationsenergi – lyd. Når et hæmoglobinmolekyle bliver iltet, dens evne til at absorbere lys ved den bølgelængde ændres. Dermed, Wang er i stand til at bestemme, hvor iltet en blodprøve er ved at "lytte" til den lyd, den laver, når den belyses af laseren. Han kalder denne enkeltcellede metaboliske fotoakustisk mikroskopi, eller SCM-PAM.

I et nyt blad, Wang og hans medforfattere viser, at SCM-PAM repræsenterer en enorm forbedring i evnen til at vurdere kræftcellers OCR. Brug af individuelle iltsensorer til at måle OCR begrænsede forskerne til at analysere omkring 30 kræftceller hvert 15. minut. Wangs SCM-PAM forbedrer det med to størrelsesordener og giver forskere mulighed for at analysere omkring 3, 000 celler på cirka 15 minutter.

"Vi har teknikker til at forbedre gennemløbet yderligere i størrelsesordener, og vi håber, at denne nye teknologi snart kan hjælpe læger med at træffe informerede beslutninger om kræftprognose og terapi, " siger Wang.

Papiret, med titlen, "Etiket-fri høj-throughput enkeltcellet fotoakustisk mikroskopi af intratumoral metabolisk heterogenitet, " blev udgivet online af Natur biomedicinsk teknik den 1. april.