Zatrzymywanie pojedynczych komórek rakowych

Inżynierowie z University of Texas w Austin opatentowali laserowy mikroskalpel, który pozwala chirurgowi operować tkankę po jednej komórce na raz, precyzyjnie celując w chorobę, jednocześnie pozostawiając przy życiu zdrowe otaczające komórki.

Zabójca laserowy: Adela Ben-Yakar (na górze), wynalazczyni nowej mikrosondy laserowej o wysokiej rozdzielczości, pracuje w swoim laboratorium na Uniwersytecie Teksańskim w Austin. Zdjęcie wykonane mikrosondą pokazuje komórkę raka sutka osadzoną w kolagenie, przed (w środku) i po (na dole) jej zniszczeniu przez sondę.

Urządzenie łączy dwie technologie — laser femtosekundowy i dwufotonową mikroskopię fluorescencyjną — w jednej zminiaturyzowanej, elastycznej sondzie. Sonda może celować w pojedyncze komórki w przestrzeni trójwymiarowej, wnikając w tkankę do 250 mikrometrów.

Sonda może być znaczącym postępem w chirurgii endoskopowej, która wymaga wysokiej precyzji, takiej jak niszczenie komórek rakowych rozproszonych w tkance mózgowej lub operowanie na delikatnych tkankach, takich jak struny głosowe, bez ich uszkadzania. Adela Ben Yakar , adiunkt inżynierii mechanicznej na University of Texas w Austin. Ben-Yakar opracował mikrosondę wraz z profesorem nadzwyczajnym Uniwersytetu Stanford Olav Solgaard i Chrisem Hoyem, absolwentem laboratorium Ben-Yakara. Badanie zostało opublikowane w 23 czerwca numerze Ekspresowa optyka .

Małe, elastyczne narzędzia laserowe są często używane w chirurgii endoskopowej do odparowywania niechcianej tkanki. Ale chociaż oferują większą precyzję niż konwencjonalne skalpele, istniejące narzędzia laserowe mają tendencję do generowania dużej ilości ciepła, powodując uszkodzenia w obszarach otaczających docelową tkankę. Obecna technologia naprawdę niszczy wszystko dookoła, powodując rozległe szkody, mówi Ben-Yakar.

W przeciwieństwie do tego, lasery femtosekundowe zużywają mniej energii niż konwencjonalne laserowe narzędzia chirurgiczne, a tym samym generują mniej ciepła w otaczającej tkance. Ponieważ są one w stanie niszczyć docelowe komórki bez powodowania uszkodzeń poza obszarem docelowym, zaczynają być stosowane w chirurgii wymagającej dużej precyzji: od 2003 roku okuliści używają narzędzi z femtosekundowym mikroskopem laserowym do wykonywania operacja oka . Jednak obecnie stosowane w medycynie lasery stołowe są nieporęczne, więc ich zastosowanie ogranicza się do powierzchni ciała, takich jak skóra lub oko.

Podobnie dwufotonowa mikroskopia fluorescencyjna również znalazła zastosowanie w medycynie i obrazowaniu biomedycznym jako sposób na uzyskanie trójwymiarowych obrazów małych struktur. Ale do tej pory nikt nie połączył go z laserem femtosekundowym w urządzeniu wystarczająco małym i elastycznym do chirurgii endoskopowej.

Ben-Yakar i jej koledzy byli w stanie połączyć te dwa elementy w ręcznej sondzie, używając elastycznych pustych włókien optycznych do przesyłania światła laserowego, potencjalnie umożliwiając chirurgom wykorzystanie zalet chirurgii laserowej femtosekundowej do struktur głęboko wewnątrz ciała. Można przeprowadzić operację na pojedynczych komórkach bez uszkadzania otaczających zdrowych komórek, mówi. Gojenie będzie znacznie szybsze, a usuwanie tkanki dokładniejsze.

Ponieważ ta sama sonda jest używana do obrazowania komórek i ich niszczenia, możliwe jest jednoczesne identyfikowanie i leczenie chorej tkanki. Mikrosonda jest kontrolowana przez oprogramowanie do obrazowania, które umożliwia chirurgom namierzanie pojedynczych komórek lub stosowanie algorytmów, które mogą wykrywać chore komórki w locie i automatycznie je niszczyć. Obecnie mikrosonda laserowa jest nadal narzędziem eksperymentalnym. Jego wynalazcy wykorzystali go do przeprowadzenia operacji na komórkach rakowych wyhodowanych w tkance bioinżynieryjnej w laboratorium, ale urządzenie nie było jeszcze stosowane na zwierzętach ani ludziach.

Problemem, który pozostaje do rozwiązania, zanim urządzenie będzie można zastosować u pacjentów, jest zmniejszenie szerokości sondy z 15 do 5 milimetrów – wielkości standardowych narzędzi stosowanych w chirurgii endoskopowej – tak, aby była kompatybilna z istniejącą technologią chirurgiczną. Jeśli chcesz być kompatybilny z istniejącymi systemami, musisz zmniejszyć rozmiar, mówi Ben-Yakar. Ale kiedy zmniejszysz sondę, optyka będzie trudniejsza. Trudno będzie utrzymać obecną rozdzielczość. To kolejny krok.

Rox Anderson , profesor dermatologii i dyrektor Wellman Center for Photomedicine w Massachusetts General Hospital , nazywa opracowanie mikrosondy ważnym krokiem … w kierunku szerokich możliwości integracji opcji diagnostycznych i terapeutycznych w biomedycynie.

ukryć