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可以部署新的光学成像系统来发现微小的肿瘤

2019-03-20 11:50:42来源:

如果在较早阶段检测到癌症,则可以更容易地治疗多种类型的癌症。麻省理工学院的研究人员现已开发出一种名为“DOLPHIN”的成像系统,可以让他们找到体内深处的小到几百个细胞的微小肿瘤。

在一项新的研究中,研究人员使用其依赖近红外光的成像系统,通过活鼠的消化道追踪0.1毫米荧光探针。他们还表明,他们可以检测到组织深度为8厘米的信号,远远超过任何现有的生物医学光学成像技术。

研究人员希望将他们的成像技术用于卵巢和其他癌症的早期诊断,这些癌症目前很难被发现,直到后期阶段。

“我们希望能够更早地发现癌症,”麻省理工学院生物工程和材料科学的James Mason Crafts教授,Koch综合癌症研究所的成员,新任命的麻省理工学院院长Angela Belcher说。生物工程系。“我们的目标是找到微小的肿瘤,并以无创的方式进行。”

Belcher是该研究的高级作者,该研究出现在3月7日的科学报告中。麻省理工学院前博士后的Xiangnan Dang和Mazumdar-Shaw国际肿瘤学研究员Neelkanth Bardhan是该研究的主要作者。其他作者包括研究科学家Jifa Qi和Ngozi Eze,前博士后李谷,博士后Ching-Wei Lin,研究生Swati Kataria,以及Paula Hammond,David H. Koch工程学教授,麻省理工学院化学工程系主任,以及科赫研究所的成员。

更深入的成像

用于成像肿瘤的现有方法都具有限制,以防止它们用于早期癌症诊断。大多数人在成像的分辨率和深度之间进行权衡,并且没有一种光学成像技术可以比组织中的约3厘米更深地成像。常用的扫描,如X射线计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)可以通过整个身体成像; 然而,在它们达到约1厘米大小之前,它们不能可靠地识别肿瘤。

几年前,Belcher的实验室开始着手开发新的癌症成像光学方法,当时他们加入了科赫研究所。他们希望开发出能够在组织深处对非常小的细胞群进行成像的技术,并且不需要任何放射性标记。

近红外光的波长为900至1700纳米,非常适合组织成像,因为波长较长的光不会像物体撞击时那样散射,这样光就可以更深地穿透组织。为了利用这一点,研究人员使用了一种称为高光谱成像的方法,该方法能够在多个波长的光中同时成像。

研究人员使用各种近红外荧光发光探针测试了他们的系统,主要是氟化钠钇纳米颗粒,通过称为掺杂的过程添加了稀土元素,如铒,钬或镨。根据掺杂元素的选择,这些粒子中的每一个都发射不同波长的近红外荧光。

使用他们开发的算法,研究人员可以分析高光谱扫描的数据,以确定不同波长的荧光光源,从而确定特定探头的位置。通过进一步分析整个近红外光谱内较窄波长带的光,研究人员还可以确定探头所处的深度。研究人员将他们的系统称为“DOLPHIN”,它代表“使用高光谱和近红外漫射成像检测光学发光探测器”。

为了证明该系统的潜在用途,研究人员追踪了一个0.1毫米大小的荧光纳米粒子簇,这些纳米粒子被吞下然后穿过活鼠的消化道。可以修饰这些探针以使它们靶向并荧光标记特定的癌细胞。

“在实际应用方面,这项技术将允许我们非侵入性地追踪0.1毫米大小的荧光标记肿瘤,这是一个约几百个细胞的簇。据我们所知,没有人能够做到以前使用光学成像技术,“巴尔丹说。

早期检测

研究人员还证明,他们可以将荧光颗粒注入小鼠或大鼠体内,然后通过整个动物进行成像,这需要成像到约4厘米的深度,以确定颗粒最终的位置。在人体组织模拟物和动物组织的测试中,他们能够将探针定位到最多8厘米的深度,具体取决于组织的类型。

研究人员说,这种系统可以用于任何发射近红外光谱的荧光探针,包括一些已经获得FDA批准的荧光探针。研究人员还致力于调整成像系统,使其能够揭示组织对比度的内在差异,包括肿瘤细胞的特征,而不需要任何荧光标记。

在正在进行的工作中,他们正在使用该成像系统的相关版本来尝试在早期阶段检测卵巢肿瘤。卵巢癌通常很晚才被诊断出来,因为当肿瘤仍然很小时,没有简单的方法可以检测到它。

“卵巢癌是一种可怕的疾病,它被诊断得太晚,因为这些症状非常不明显,”贝尔彻说。“我们想要一种方法来跟踪肿瘤的复发,并最终找到并追踪早期肿瘤,当他们第一次走上癌症或转移的道路时。这是开发这项技术的第一步。 “。

研究人员还开始致力于调整这种类型的成像,以检测其他类型的癌症,如胰腺癌,脑癌和黑色素瘤。