Биолазеры освещают циркулирующие опухолевые клетки в кровотоке
Исследователи из Мичиганского университета разработали способ обнаружения циркулирующих опухолевых клеток в кровотоке пациентов с раком поджелудочной железы и раком легких.
Исследование опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics .
По мере развития опухолей они выделяют клетки в кровоток. Хотя эти циркулирующие опухолевые клетки значительно уступают по численности миллионам других клеток крови, их раннее обнаружение может потенциально улучшить результаты лечения.
Например, рак поджелудочной железы имеет плохой прогноз, поскольку к тому времени, как он обнаружен, лечить его уже поздно. Аналогично, показатели обнаружения рака легких, особенно если он рецидивирует после лечения, также плохие.
Современные методы обнаружения циркулирующих опухолевых клеток включают маркировку специфических белков на поверхности опухолевых клеток флуоресцентными красителями . Эти окрашенные клетки затем можно легко обнаружить в образцах крови .
Однако есть и некоторые недостатки. Некоторые клетки могут не иметь этих белков на своей поверхности и поэтому могут быть пропущены. Эти методы также пропускают ценную информацию о том, что происходит внутри раковых клеток.
«Эти существующие методы обычно включают методы, которые в конечном итоге убивают раковые клетки, что не позволяет нам использовать эти клетки для дальнейших исследований», — сказала Сунита Награт, профессор химической инженерии.
«Мы поняли, что нам нужен альтернативный способ идентификации циркулирующих опухолевых клеток, пока они живы».
Для этого исследователи обратились к биолазерам.
Хотя метод по-прежнему подразумевает окрашивание раковых клеток красителями, он не убивает их, и вместо того, чтобы полагаться на белки, находящиеся на поверхности клеток, исследователи могут окрашивать то, что является неотъемлемой частью всех клеток — их ядра.
Используя образцы крови пациентов с раком поджелудочной железы, исследователи сначала пропустили все клетки через круговой лабиринт, называемый «Лабиринт», который предварительно отделил циркулирующие опухолевые клетки, которые немного крупнее других белых кровяных клеток .
«Это как ехать по кривой на велосипеде и на грузовике — силы, которые вы испытываете, сильно различаются. В результате более крупные опухолевые клетки фокусируются в других местах по сравнению с более мелкими белыми кровяными клетками», — сказал Награт.
Затем они поместили опухолевые клетки между двумя зеркалами и облучали их возбуждающим лазером, по одной клетке за раз.
Когда возбуждение достаточно сильное, клетки испускают лазерное излучение и называются клеточными лазерами.
« Лазерное излучение клеточного лазера намного сильнее того, что мы получаем с помощью традиционных флуоресцентных технологий», — сказал Сюйдун (Шерман) Фань, профессор биомедицинской инженерии.
«Изображения, полученные с помощью лазерного излучения, также отличаются; при флуоресцентном излучении клетки выглядят как светящиеся сферы. Однако с помощью лазера можно увидеть различные формы, которые дают информацию о том, как организована ДНК внутри раковых клеток».
Однако эти различия едва заметны. Поэтому исследователи обратились за помощью к машинному обучению.
Используя модель Deep Cell-Laser Classifier, они смогли точно выделить клетки рака поджелудочной железы в 99% случаев. Модель была настолько эффективна, что, хотя она была обучена на клетках рака поджелудочной железы , она смогла идентифицировать клетки рака легких без необходимости дополнительного обучения.
«Хотя есть несколько исследовательских групп, которые работают с биолазерами, мы первые, кто использовал их для клинических исследований рака и циркулирующих опухолевых клеток», — сказал Фань.
В дальнейшем группа намерена создать устройство, способное изолировать раковые клетки после их обнаружения.
«С нашей системой, если вы хотите собрать циркулирующие опухолевые клетки , вам придется снять верхнее зеркало, что может привести к перемещению клетки, и тогда вы потеряете ее след», - сказал Фань.
«Мы хотим разработать систему, в которой клетки по одной движутся через пятно лазерного возбуждения, а затем проходят через устройство сортировки клеток, которое помогает нам сортировать и собирать клетки для последующего анализа».
Команда также планирует использовать световые паттерны, генерируемые клетками, чтобы лучше понять, какие опухоли более агрессивны или устойчивы к лечению.
«Все эти циркулирующие клетки могут сильно отличаться друг от друга», — сказал Награт. «Определение того, как агрессивные клетки изменяются во время циклов лечения, было бы полезным».