Исследование описано в выпуске журнала Science Translational Medicine от 6 сентября.«Если вы поговорите с онкологическими больными после операции, первое, что многие скажут:« Я надеюсь, что хирург вылечил весь рак », — говорит Ливия Скьявинато Эберлин, доцент кафедры химии в UT Austin, которая разработала исследование и возглавил команду. «Когда это не так, это просто душераздирающе.
Но наши технологии могут значительно улучшить шансы того, что хирурги действительно удалят все следы рака во время операции».Современный метод диагностики рака и определения границы между раком и нормальной тканью во время операции, называемый анализом замороженного сечения, является медленным и иногда неточным. Подготовка и интерпретация каждого образца патологом может занять 30 минут или больше, что увеличивает риск заражения пациента и негативных последствий анестезии.
А для некоторых типов рака интерпретация замороженных срезов может быть затруднена, давая ненадежные результаты в 10–20 процентах случаев.Однако в тестах на тканях, удаленных у 253 больных раком человека, MasSpec Pen потребовалось около 10 секунд для постановки диагноза и показала точность более 96 процентов. Технология также смогла обнаружить рак в пограничных областях между нормальными и раковыми тканями, которые имели смешанный клеточный состав.
Команда рассчитывает начать тестирование этой новой технологии во время онкологических операций в 2018 году.«Каждый раз, когда мы можем предложить пациенту более точную операцию, более быструю операцию или более безопасную операцию, это то, что мы хотим сделать», — говорит Джеймс Сулибурк, руководитель отделения эндокринной хирургии Медицинского колледжа Бейлора и соавтор проекта. «Эта технология выполняет все три функции. Она позволяет нам гораздо точнее определять, какие ткани мы удаляем, а какие оставляем».
Хотя максимальное удаление рака имеет решающее значение для улучшения выживаемости пациентов, удаление слишком большого количества здоровых тканей также может иметь серьезные негативные последствия для пациентов: например, пациенты с раком груди могут испытывать более высокий риск болезненных побочных эффектов и повреждения нервов в дополнение к эстетическим последствиям. Пациенты с раком щитовидной железы могут потерять способность к речи или способность регулировать уровень кальция в организме способами, которые важны для работы мышц и нервов.Это исследование было выполнено междисциплинарной командой, объединившей области химии, инженерии и медицины. Среди других основных участников — Томас Милнер, профессор биомедицинской инженерии инженерной школы Кокрелла в UT Остине, и члены его лаборатории; Jialing Zhang, научный сотрудник лаборатории Eberlin Lab в UT Austin, который руководил экспериментальной работой с другими членами лаборатории; Анна Сораче, доцент Медицинской школы Делла в Остине, штат Вашингтон; Чандандип Наги и Вендонг Ю, профессора патологии Медицинского колледжа Бейлора, и Цзинсонг Лю, профессор патологии онкологического центра Андерсона Университета Техаса.
Команда и UT Austin подали заявки на патент в США на эту технологию и теперь работают над защитой патентов во всем мире.Как это работаетЖивые клетки, здоровые они или злокачественные, производят небольшие молекулы, называемые метаболитами.
Эти молекулы участвуют во всех важных жизненных процессах, таких как выработка энергии, рост и размножение, а также в других полезных функциях, таких как удаление токсинов. Каждый тип рака производит уникальный набор метаболитов и других биомаркеров, которые действуют как отпечатки пальцев.«Раковые клетки нарушают регуляцию метаболизма, поскольку они выходят из-под контроля», — говорит Эберлин. «Поскольку метаболиты в раковых и нормальных клетках очень разные, мы извлекаем и анализируем их с помощью MasSpec Pen, чтобы получить молекулярный отпечаток ткани.
Невероятно то, что с помощью этого простого и щадящего химического процесса MasSpec Pen быстро обеспечивает диагностику. молекулярная информация, не вызывая повреждения тканей ».Молекулярный отпечаток пальца, полученный ручкой MasSpec Pen из не охарактеризованного образца ткани, мгновенно оценивается программным обеспечением, называемым статистическим классификатором, обученным на базе данных молекулярных отпечатков пальцев, которые Эберлин и ее коллеги собрали из 253 образцов тканей человека. Образцы включали как нормальные, так и раковые ткани груди, легких, щитовидной железы и яичников.
Когда MasSpec Pen завершит анализ, на экране компьютера автоматически появятся слова «Нормальный» или «Рак». Для некоторых видов рака, например рака легких, также может отображаться название подтипа.В тестах, проведенных на человеческих образцах, устройство было более 96% точным в диагностике рака. Команда также продемонстрировала, что он точно диагностирует рак у живых мышей с опухолями во время операции, не вызывая заметного повреждения тканей или стресса у животных.
Врачи могут легко управлять одноразовым портативным устройством. Для этого нужно просто прижать ручку к ткани пациента, запустить автоматический анализ с помощью ножной педали и подождать несколько секунд для получения результата.
Между тем ручка выпускает каплю воды на ткань, и небольшие молекулы мигрируют в воду. Затем устройство вводит образец воды в инструмент, называемый масс-спектрометром, который обнаруживает тысячи молекул как молекулярный отпечаток пальца.
Кроме того, этот процесс малоэффективен для пациентов.«При разработке ручки MasSpec Pen мы позаботились о том, чтобы ткань оставалась неповрежденной, контактируя только с водой и пластиковым наконечником ручки MasSpec во время процедуры», — говорит Чжан. «В результате получилось биосовместимое и автоматизированное медицинское устройство, которое мы очень рады очень скоро передать в клинику».