Группа инженеров из Колумбийского университета в Нью-Йорке разработала технологию, которая может заменить стандартную биопсию и гистологические исследования визуализацией живых тканей в реальном времени внутри организма. MediSCAPE – это высокоскоростной трехмерный микроскоп, дающий изображение живых тканей. С его помощью хирурги смогут во время операции определять границы здоровых и патологически измененных тканей без необходимости брать образцы и ждать результатов гистологического исследования.
В настоящее время стандартом гистологической диагностики является биопсия. Особенно она важна для скрининга и диагностики онкологических заболеваний. При биопсии небольшой образец ткани иссекают, затем фиксируют, делают срезы, обрабатывают красителями и помещают на предметное стекло, которое патологоанатом рассматривает с помощью микроскопа. Исследователи предположили, что можно ускорить процесс, если создать инструмент для визуальной оценки тканей на месте.
Мгновенный результат позволит хирургам принимать обоснованные решения о методе и объеме вмешательства, а также поможет убедиться, что патологическая ткань удалена полностью.
Хирургические микроскопы уже используются клиницистами, но они дают изображение небольшого двухмерного участка, что затрудняет быстрое обследование больших объемов ткани и интерпретацию результатов. Эти микроскопы также обычно требуют введения флюоресцентного красителя, что может ограничить их использование для некоторых пациентов.
В течение последнего десятилетия руководитель исследования Элизабет Хиллман разрабатывала новые виды микроскопов для исследований в области нейробиологии, которые могут давать трехмерные изображения живых нейронов и аксонов червей, рыб и мух. Группа решила проверить технологию стреловидной конфокально выровненной плоской микроскопии возбуждения (Swept Confocally Aligned Planar Excitation, SCAPE) для визуализации живых тканей млекопитающих и человека.
Визуализация вкусовых сосочков человеческого языка. Визуализирующую головку MediSCAPE медленно водили по поверхности языка испытуемого и получали высокоскоростные 3D-изображения. Затем снимки были сшиты, чтобы сформировать длинную 3D-полосу (внизу).
Сначала была визуализирована свежая мышиная почка; полученные изображения имели высокое качество и разрешение. MediSCAPE-микроскопия не требовала использования красителей, было достаточно естественной флюоресценции тканей, которая обычно слишком слаба, чтобы ее увидеть. Микроскоп был настолько эффективен, что улавливал эти слабые сигналы даже при визуализации с перемещением со скоростью, идентичной движениям в реальном времени, когда хирург сканирует различные участки тканей в операционной ране.
В процессе эксперимента исследователи успевали объединять полученные снимки и превращать их в большие трехмерные изображения, которые столь же информативны, как полный комплект гистологических срезов при патологоанатомическом исследовании.
MediSCAPE визуализация свежей человеческой почки по сравнению с окрашенным реактивом Шиффа гистологическим срезом той же ткани.
Группа продемонстрировала широкие возможности MediSCAPE для различных целей, от анализа рака поджелудочной железы у мыши до быстрой оценки органов для трансплантации человеку. Эксперименты со свежими образцами человеческих почек с разными нарушениями доказали, что MediSCAPE позволяет увидеть явные признаки заболеваний, которые перекликаются с гистологическими изображениями.
Исследователи отмечают, что визуализация живых тканей несет больше информации, чем микроскопия иссеченных биоптатов. Они сообщили, что могут даже визуализировать кровоток и видеть последствия ишемии и реперфузии на клеточном уровне. Для этого кровоснабжение почки механически ограничивалось, а затем восстанавливалось. Понимание того, остаются ли ткани здоровыми и получают ли они хорошее кровоснабжение во время хирургических процедур, очень важно.
Группа также работала над уменьшением габаритов микроскопа SCAPE до размеров, которые позволили бы уместить его в операционной и использовать во время хирургического вмешательства. Они разработали уменьшенную версию системы со стерильным колпачком для визуализации.
В настоящее время идет процесс подготовки к клиническим исследованиям.
Статья K.B.Patel et al. High-speed light-sheet microscopy for the in-situ acquisition of volumetric histological images of living tissue опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru по материалам Columbia University in the City of New York: New Technology Could Make Biopsies a Thing of the Past.
