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用激光聆听测量癌症的耗氧量

为患有癌症的患者设计最佳治疗方法需要医生了解患者所患癌症的特征。但治疗癌症的最大困难之一是癌症细胞并非完全相同。即使在同一肿瘤内,癌细胞的遗传,行为和对化疗药物的易感性也会不同。

癌细胞通常比健康细胞具有更高的代谢活性,并且可以通过分析其代谢活性来收集对癌细胞行为的一些见解。但是,研究人员很难准确评估这些特征。已经使用了几种方法,包括位置发射断层扫描(或PET)扫描,荧光染料和对比,但是每种方法都具有限制其有用性的缺点。

加州理工学院的Lihong Wang认为,通过使用光声显微镜(PAM)可以做得更好,这是一种激光在样品中引起超声波振动的技术。这些振动可用于成像细胞,血管和组织。

Wang,Bren医学工程和电气工程教授正在与德克萨斯A&M大学的Jun Zou教授合作,利用PAM改进现有的测量氧耗率(OCR)的技术。现有技术需要许多癌细胞,并将它们分别放入充满血液的个体“小房间”。具有较高代谢的细胞将消耗更多氧气并降低血氧水平,这一过程由放置在每个小室内的微小氧气传感器监测。

像前面提到的那样,这种方法有缺点。为了获得有意义的癌细胞代谢数据样本量,研究人员需要将数千个传感器嵌入网格中。另外,在小房间内存在传感器可以改变细胞的代谢率,导致收集的数据不准确。

Wang的改进版本取消了氧气传感器,而是使用PAM来测量每个小时的氧气水平。他使用激光进行调整,激光调整到血液中血红蛋白吸收并转换成振动能量声的波长。随着血红蛋白分子氧合,其吸收该波长的光的能力发生变化。因此,Wang能够通过“聆听”激光照射时产生的声音来确定血液样本的含氧量。他称之为单细胞代谢光声显微镜或SCM-PAM。

在一篇新论文中,Wang和他的合着者表明,SCM-PAM代表了评估癌细胞OCR能力的巨大进步。使用单独的氧传感器测量OCR有限的研究人员每15分钟分析大约30个癌细胞。Wang的SCM-PAM将其提高了两个数量级,并允许研究人员在大约15分钟内分析大约3,000个细胞。

“我们有技术可以进一步提高吞吐量,我们希望这项新技术可以很快帮助医生做出有关癌症预后和治疗的明智决策,”Wang说。

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