Исследователи из Ноттингемского университета создали эндоскопическое устройство, которое может отображать 3D-изображение жесткости отдельных биологических клеток и сложных организмов. Это открытие может помочь врачам обнаруживать и лечить рак на более ранних стадиях.
На ранних стадиях раковые клетки гораздо мягче, чем нормальные клетки. Это позволяет им протискиваться через узкие щели и быстро распространяться по всему телу, что называется метастазированием. Во время этого процесса скопления клеток изменяют окружающую среду, создавая жесткие опухоли, защищающие их от внешних угроз.
Новая технология, опубликованная в журнале Communications Biology , позволяет измерять жесткость этих отдельных клеток с помощью эндоскопического зонда толщиной с волос, а это означает, что можно будет выполнять гистологическое исследование (т. е. исследование микроскопической клеточной ткани) на основе аномальной жесткости на уровне отдельных клеток внутри клетки. человеческое тело впервые.
Доктор Сальваторе Ла Кавера III, ведущий автор и научный сотрудник Ноттингемской группы оптики и фотоники Ноттингемского университета, сказал: «Мы стремимся разработать новые эндоскопические технологии, которые сделают диагностику быстрее, безопаснее и понятнее как для пациентов, так и для врачей.
«Обычно гистопатология требует деструктивных, инвазивных биопсий, которые не только неудобны и потенциально вредны для пациента, но и требуют значительной логистики, такой как химическая обработка, транспортировка и анализ.
«Наше устройство позволяет «нащупать твердую опухоль», но в одноклеточном масштабе, а это означает, что мы можем рано обнаружить рак на микроскопических клеточных уровнях, а не на крупных масштабах злокачественной опухоли. Оно неинвазивно, нетоксично и очень многообещающе, связано с технологией, которая может количественно определять наличие раковых клеток с помощью искусственного интеллекта , обеспечивая хронически неукомплектованную область столь необходимым решением реальной проблемы, с которой отрасль сталкивалась на протяжении десятилетий».
Инструмент обеспечивает невероятно высокое разрешение изображения, поскольку он может определять жесткость объектов вплоть до миллиардных долей метра (нанометра) посредством физического явления, называемого рассеянием Бриллюэна, когда лазерный луч взаимодействует с естественной жесткостью образца.
Команда использовала это, чтобы помочь биологам визуализировать трехмерную жесткость микроскопического организма под названием Caenorhabditis elegans — свободноживущего червя, известного с научной точки зрения как нематода. Им удалось предоставить визуализацию и материальную информацию о неуловимой части анатомии организма — кутикуле, которую до сих пор можно было визуализировать только с помощью электронных микроскопов в неживых условиях.
Доктор Вирен Чаухан, соавтор и доцент кафедры аналитики всего организма в Фармацевтической школе Ноттингемского университета, сказал: «Мы продемонстрировали возможности этой захватывающей технологии следующего поколения для выявления физических свойств поверхности полностью Сформированные микроскопические организмы с беспрецедентной детализацией являются прекрасной моделью биологии человека и считаются наиболее изученными животными на планете с точки зрения генетики, неврологии и биологии развития.
«До сих пор эти микроскопические наблюдения были невозможны в живых системах в их естественном состоянии с использованием традиционных технологий, которые обычно требуют приведения в жертву животных. Этот новый зонд важен, потому что у него есть потенциал, который позволит исследователям, таким как мы, следить за развитием физические свойства поверхности отдельной нематоды на протяжении всего ее жизненного цикла, от яйца до взрослой особи, примерно за три дня, что с учетом развития человека заняло бы более 18 лет.
«Таким образом, эта возможность не только улучшит наше понимание биологии нематод, но и создаст фундаментальную модель для переноса этих результатов на сложные биологические системы, включая физиологию человека, открывая путь для прогресса как в фундаментальных биологических исследованиях, так и в клинической диагностике».