Биоинженеры из Калифорнийского технологического института разработали новую технологию визуализации, которая может предложить хирургам быстрый и экономически эффективный способ получения изображений образцов тканей в операционной, чтобы определить, была ли удалена вся опухоль или необходимы дополнительные разрезы.

Исследователи описывают новую технологию, которую они называют параллельной ультрафиолетовой фотоакустической микроскопией (PUV–PAM), в статье в журнале Science Advances .

В текущем ведущем методе быстрого отбора и визуализации образцов тканей, полученных во время операции, проводится биопсия для получения образца ткани, который затем замораживается, окрашивается для улучшения видимости и нарезается на тонкие срезы, которые помещаются на предметные стекла. Затем для детального изучения тканей используется оптический микроскоп для гистологии.

Наличие опухолевых клеток на поверхности образца ткани указывает на то, что хирург прорезал опухоль, а не обошел ее, — это означает, что часть опухоли осталась внутри пациента, которому затем потребуется повторная операция для удаления большего количества ткани. Патология замороженных срезов сталкивается с такими проблемами, как артефакты ткани и снижение качества окрашивания, что влияет на точность диагностики и принятие хирургических решений.

Новая технология PUV–PAM от Caltech упростит и ускорит этот процесс, устраняя необходимость замораживать, делать срезы или окрашивать образцы тканей. Даже относительно толстые образцы с неровной поверхностью, которые обычно слишком толстые для микроскопического исследования, можно напрямую визуализировать с помощью нового метода. Это может дать онкологам возможность анализировать образцы биопсии прямо в операционной , что даст им возможность удалять дополнительную ткань по мере необходимости без последующих операций.

«Мы надеемся, что эта новая система визуализации предоставит больше возможностей для интраоперационного патологического исследования образцов без слайдов при онкологических операциях. Мы считаем, что она может произвести революцию в интраоперационной гистологии», — говорит Руй Цао, ведущий автор новой статьи, который проводил работу в лаборатории Лихонга Вана, профессора медицинской инженерии и электротехники в Калифорнийском технологическом институте. В настоящее время Цао является доцентом кафедры биомедицинской инженерии в Университете Кейс Вестерн Резерв.

Новый подход основан на методе, впервые разработанном лабораторией Вана, который называется фотоакустическая микроскопия (PAM). При использовании PAM образец ткани возбуждается низкоэнергетическим лазером, что заставляет ткань вибрировать. Система измеряет ультразвуковые волны, испускаемые вибрирующей тканью. Поскольку ядра клеток поглощают больше света, чем окружающий материал, PAM выявляет размеры и распределение этих ядер вместе с плотностью упаковки клеток. Раковая ткань, как правило, имеет более крупные ядра и более плотно упакованные клетки.

Лаборатория Вана ранее разработала несколько систем PAM для визуализации образцов костной и молочной тканей. Но чтобы сделать системы пригодными для использования в операционной, им нужно было значительно увеличить скорость визуализации, которая была ограничена скоростью ультрафиолетовых лазеров, используемых для возбуждения тканей.

Чтобы обойти эту проблему скорости лазера, исследователи разделили один лазерный луч на восемь меньших лазерных «пятен», работающих параллельно. Это значительно ускоряет визуализацию, поскольку пятна могут покрывать область образца гораздо быстрее. Кроме того, PUV-PAM использует комбинацию двух методов сканирования для достижения высокой скорости визуализации тканей без слайдов. В совокупности эти усовершенствования делают новую технологию примерно в 40 раз быстрее современных методов, ранее разработанных в лаборатории Вана.

«С помощью нынешней системы мы можем получить изображение образца размером 1 см2 с разрешением 1,3 микрона примерно за пять минут», — говорит Цао. «И мы демонстрируем в статье, что эта методика эффективна для различных типов тканей».

«Мы считаем, что использование современных ультрафиолетовых лазеров с более высокой частотой импульсов и интеграция большего количества параллельных каналов может значительно повысить скорость визуализации с помощью этой технологии», — говорит Ван, который также является председателем кафедры медицинской инженерии имени Эндрю и Пегги Чернг и исполнительным директором по медицинской инженерии в Калифорнийском технологическом институте.