Исследование описано в выпуске 6 сентября журнала Science Translational Medicine.«Если Вы говорите с больными раком после операции, одна из первых вещей, которые многие скажут, ‘Я надеюсь, что хирург вывел весь рак’», говорит Ливия Шиэвинато Эберлин, доцент химии в UT Austin, который проектировал исследование и возглавил команду. «Это просто душераздирающе, когда это не имеет место. Но наша технология могла значительно улучшить разногласия, что хирурги действительно удаляют каждый последний след рака во время операции».
Текущий современный метод для диагностирования раковых образований и определения границы между раком и нормальной тканью во время операции, названной Замороженным Анализом Раздела, медленный и иногда неточный. Каждый образец может занять 30 минут или больше подготовить и интерпретировать патологом, который увеличивает риск для больного инфекцией и отрицательных эффектов анестезии. И для некоторых типов раковых образований, замороженная интерпретация раздела может быть трудной, приведя к ненадежным результатам в целых 10 – 20 процентах случаев.Однако в тестах на тканях, удаленных от 253 человеческих больных раком, Ручка MasSpec заняла приблизительно 10 секунд, чтобы предоставить диагноз и была больше чем на 96 процентов точна.
Технология также смогла диагностировать рак в крайних регионах между нормальным и тканями рака, которые представили смешанный клеточный состав. Команда ожидает начинать проверять эту новую технологию во время онкологических операций в 2018.«Любое время, мы можем предложить пациенту более точную хирургию, более быструю хирургию или более безопасную хирургию, это – что-то, что мы хотим сделать», говорит Джеймс Сулиберк, глава эндокринной хирургии в Медицинском колледже Бэйлора и сотруднике на проекте. «Эта технология делает все три. Это позволяет нам быть намного более точными, в какой ткани мы удаляем и что мы оставляем позади».
Хотя увеличение удаления рака очень важно, чтобы улучшить терпеливое выживание, у удалять слишком много здоровой ткани могут также быть глубокие негативные последствия для пациентов: Например, больные раком молочной железы могли испытать более высокий риск болезненных побочных эффектов и повреждения нервов, в дополнение к эстетическим воздействиям. Больные раком щитовидной железы могли потерять речевую способность или способность отрегулировать уровни кальция тела способами, которые важны для функции мышцы и нерва.Это исследование было достигнуто междисциплинарной командой, слив области химии, разработки и медицины.
Среди других главных участников Томас Милнер, преподаватель биоинженерии в Школе UT Austin Cockrell Разработки и его членов лаборатории; Цзялин Чжан, научный сотрудник в Eberlin Lab в UT Austin, который привел экспериментальную работу с другими членами лаборатории; Анна Сорэс, доцент в Dell Medical School UT Austin; Чандэндип Наги и Вендонг Ю, преподаватели патологии в Медицинском колледже Бэйлора, и Цзиньсун Лю, преподаватель патологии в Техасском университете Онкологический центр МД Андерсона.Команда и UT Austin подали американские заявки на патент для технологии и теперь работают, чтобы обеспечить международные патенты.
Как это РаботыЖивые клетки, здоровы ли они или злокачественны, производят маленькие молекулы, названные метаболитами.
Эти молекулы вовлечены во все важные процессы жизни – такие как создание энергии, рост и репродуцирование – а также другие полезные функции, такие как удаление токсинов. Каждый тип рака производит уникальный набор метаболитов и других биомаркеров тот акт как отпечатки пальцев.«У раковых клеток есть dysregulated метаболизм, поскольку они становятся неконтролируемыми», говорит Эберлин. «Поскольку метаболиты при раке и нормальных клетках так отличаются, мы извлекаем и анализируем их с Ручкой MasSpec, чтобы получить молекулярный отпечаток пальца ткани. То, что невероятно, – то, что посредством этого простого и нежного химического процесса, Ручка MasSpec быстро предоставляет диагностическую молекулярную информацию, не вызывая повреждение ткани».
Молекулярный отпечаток пальца, полученный Ручкой MasSpec из неохарактеризованного образца ткани, мгновенно оценен программным обеспечением, названным статистическим классификатором, обученным на базе данных молекулярных отпечатков пальцев, которые Eberlin и ее коллеги собрали от 253 человеческих образцов ткани. Образцы включенные и нормальные и злокачественные ткани груди, легкого, щитовидной железы и яичника.
Когда Ручка MasSpec заканчивает анализ, слова «Normal» или «Рак» автоматически появляются на мониторе. Для определенных раковых образований, таких как рак легких, могло бы также появиться название подтипа.В тестах, выполненных на человеческих образцах, устройство было больше чем на 96 процентов точно для диагноза рака.
Команда также продемонстрировала, что она точно диагностирует рак у живых, имеющих опухоль мышей во время операции, не нанося заметного ущерба ткани или напряжения животным.Врачи могут управлять доступным переносным устройством легко. Это требует просто удерживания ручки против ткани пациента, вызов автоматизированного анализа, используя педаль ножного управления, и ожидая несколько секунд результата. Между тем ручка выпускает каплю воды на ткань, и маленькие молекулы мигрируют в воду.
Тогда устройство ведет пробу воды в инструмент названной массовым спектрометром, который обнаруживает тысячи молекул как молекулярный отпечаток пальца.Процесс – также низкое воздействие для пациентов.
«Проектируя Ручку MasSpec, мы удостоверились, что ткань остается неповрежденной, входя в контакт только с водой и пластмассовым наконечником Ручки MasSpec во время процедуры», говорит Чжан. «Результат – биологически совместимое и автоматизированное медицинское устройство, которое мы так счастливы перевести в клинику очень скоро».