Tutkijat toivovat, että mittausanturi voisi olla parempi vaihtoehto näytteen ottamiselle.
Perinteisesti fluoresenssimikroskooppeja (sinisiä kuvia) käytetään kasvainten kuvaamiseen. Uusi kuvakenno
(violetit kuvat) voisi tehdä saman, vähemmän invasiivisesti.
Pieni sensori voitaisiin jonain päivänä sijoittaa kasvainten viereen valvomaan potilaiden vasteita syöpään reaaliajassa. Kalifornian yliopiston Berkeleyn ja Kalifornian yliopiston San
Franciscon tutkijat kuvasivat prototyyppisensorin tutkimuksessa, joka julkaistiin 12. maaliskuuta IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems -julkaisussa. Tutkijat käyttivät prototyyppiä osoittaakseen konseptin todisteena, että anturi voi seurata biologisia muutoksia hiirien kudoksissa.
Syövän hoidon alkuvaiheessa voi olla vaikea arvioida, toimiiko terapia. Tällä hetkellä paras tapa ymmärtää, kuinka hyvin potilas reagoi hoitoon, on biopsia, jossa potilailta otetaan pieniä kudosnäytteitä kasvaimesta ja analysoidaan mikroskoopilla laboratoriossa. Biopsiat vaativat kuitenkin paljon aikaa ja resursseja, ja lopulta ne voivat tarjota lääkäreille vain tilannekuvan ajoissa siitä, kuinka hyvin syövän hoito toimii.
”Tällä hetkellä ei ole mahdollista mekaanisesti seurata vastetta [hoitoon] reaaliajassa syvällä potilaan sisällä”, sanoo Rozhan Rabbani , jatko-opiskelija Kalifornian yliopistosta Berkeleystä. Rabbani lisää, että implantoitavat biolääketieteelliset anturit voisivat ratkaista tämän ongelman ja tarjota potilaille yksilöllisempiä hoitosuunnitelmia.
Rabbani ja hänen kollegansa päättivät luoda uudenlaisen langattoman kuvananturin toivossa tarjoavan reaaliaikaista seurantaa. Anturi välittää tietoa ultraäänellä, joka voi tunkeutua turvallisesti ihoon ja muihin kehon kudoksiin. Anturi saa virtansa myös ultraäänestä keräämällä värähtelyenergiaa ultraääniaalloista ja tallentamalla sen piirin ulkopuoliseen kondensaattoriin.
Kaavio, joka esittää ultraäänellä toimivan uuden kuvasensorin eri komponentteja, ja joka voisi jonain päivänä tarjota kasvainten reaaliaikaisen seurannan. ROZHAN RABANNI ET AI.
Kuvakennon pieni laser tarjoaa paikallisen valaistuksen, kun taas anturi itse muuntaa valon digitaalisiksi signaaleiksi. Toinen miniatyyri laite, jota kutsutaan kollimaattoriksi, parantaa kuvan resoluutiota. ”Tämä tekniikka rajoittaa tulevan valon kulmaa, mikä johtaa terävämpiin kuviin korkeammalla resoluutiolla”, Rabbani selittää.
Kuvasensori, jonka integroitu piiri on kooltaan vain 2,4 x 4,7 millimetriä, lähettää keräämänsä tiedot takaisin potilaan kehon ulkopuolelle, jälleen ultraäänellä.
Anturin suunnittelun jälkeen Rabbani ja hänen kollegansa suorittivat kokeita hiirillä. Näissä alkuperäisissä kokeissa tutkijat eivät tutkineet kasvaimia elävillä hiirillä. Sen sijaan he testasivat anturin kykyä yksinkertaisesti analysoida hiiristä otettuja kudosnäytteitä ennen ja jälkeen syövän vastaisen hoidon ja vertaamalla näitä kuvia perinteisellä mikroskoopilla otettuihin kuviin.
Hiirille annettiin syövän vastaista hoitoa, ja hiirten kudosnäytteet kuvattiin kokeen alussa (hoitamaton ryhmä) ja 18 päivän kuluttua (käsitelty ryhmä). Tulokset osoittavat, että uusi anturi pystyi havaitsemaan muutoksia kudosnäytteissä kahden ryhmän välillä, kun hiiret reagoivat syöpähoitoonsa ja niiden kudosnäytteistä löydettiin lisää immuunisoluja. Esimerkiksi mikroskoopilla havaittiin 10 prosentin lisäys immuunisolujen läsnäolossa hoidon jälkeen, kun taas kuvasensori pystyi havaitsemaan 17 prosentin lisäyksen.
Vaikka nämä tulokset osoittavat, että anturi voi vangita muutoksia kehon kudoksissa ajan mittaan samalla tavalla kuin fluoresenssimikroskooppi, tarvitaan lisää tutkimusta sen varmistamiseksi, että laite voidaan istuttaa turvallisesti hiiriin ja ihmisiin ilman, että vastaanottajan immuunijärjestelmä hylkää sitä.
”Tekijät, kuten koko, muoto, joustavuus ja materiaalityyppi, vaikuttavat merkittävästi in vivo -bioyhteensopivuuden määrittämiseen”, sanoo Mekhail Anwar , apulaisprofessori sekä UC San Franciscon säteilyonkologian laitokselta että UC Berkeleyn sähkötekniikan laitokselta.”On tutkittava strategioita laitteen koon pienentämiseksi ja biologisen yhteensopivuuden parantamiseksi, kuten orgaanisten materiaalien käyttöä kapselointiin.”
Vaikka anturin prototyyppi pystyy tarkkailemaan soluryhmiä ajan mittaan, sen resoluutio ei silti ole sama kuin mikroskoopilla. Siksi tutkimusryhmä aikoo kehittää anturin kykyjä. ”Työskentelemme aktiivisesti uusien teknologioiden parissa parantaaksemme resoluutiota ja laajentaaksemme sovellusta monisolupopulaatioiden muutosten tunnistamisen lisäksi”, Anwar sanoo.
”Toivomme, että tulevaisuudessa, kun meillä on täysin implantoitava järjestelmä, voimme seurata samaa hiirtä ajan myötä”, Rabbani sanoo.
Tämä artikkeli on osa eksklusiivista IEEE Journal Watch -sarjaa yteistyössä IEEE Xploren kanssa.