Mikroskopická technika by mohla umožnit více informativních biopsií

Myšlenková kontrola a chemtrails - Harald Kautz Vella (Smět 2019).

Anonim

Výzkumníci z MIT a Harvardské lékařské školy navrhli způsob, jak získat bioptické vzorky s mnohem vyšším rozlišením - což by mohlo pomoci lékařům vyvinout přesnější a levnější diagnostické testy.

Již více než 100 let jsou konvenční světelné mikroskopy životně důležitými nástroji pro patologii. V těchto oborech však nelze vidět jemné detaily buněk. Nová technika se opírá o přístup známý jako expanzní mikroskopie, vyvinutý původně v laboratoři Edwarda Boydena v laboratoři MIT, ve kterém výzkumníci rozšiřují vzorek tkáně na 100krát vyšší než původní objem před zobrazením.

Toto rozšíření umožňuje výzkumníkům vidět rysy s konvenčním světelným mikroskopem, které lze běžně vidět pouze s drahým elektronovým mikroskopem s vysokým rozlišením. To také odhalí další molekulární informace, které elektronový mikroskop nemůže poskytnout.

"Je to technika, která by mohla mít velmi široké uplatnění, " říká Boyden, profesor biologického inženýrství a mozkové a kognitivní vědy na MIT. Je také členem MIT Media Lab a McGovern Institute for Brain Research a HHMI-Simons Faculty Scholar.

V článku, který se objevil v čísle 17. července Nature Biotechnology, Boyden a jeho kolegové použili tuto techniku ​​k rozlišení raných lézí prsu s vysokým nebo nízkým rizikem pokroku v léčbě rakoviny - úkol, který je pro lidské pozorovatele náročný. Tento přístup lze použít také u jiných onemocnění: Při analýze ledvinové tkáně výzkumníci zjistili, že obrazy rozšířených vzorků odhalily příznaky onemocnění ledvin, které lze normálně pozorovat pouze pomocí elektronového mikroskopu.

"Pomocí rozšiřovací mikroskopie jsme schopni diagnostikovat onemocnění, která dříve nebyla diagnostikována konvenčním světelným mikroskopem, " říká Octavian Bucur, instruktor na Harvardské lékařské škole, Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) a Ludwig Center v Harvardě, a jeden z hlavních autorů.

MIT postdoc Yongxin Zhao je spoluautorkou autora. Boyden a Andrew Beck, bývalý docent na Harvardské lékařské fakultě a BIDMC, jsou staršími autory tohoto článku.

"Několik chemikálií a světelného mikroskopu"

Boydenova originální expanzní mikroskopie je založená na zabudování vzorku tkáně v hustém, rovnoměrně vytvořeném polymeru, který bobtná při přidávání vody. Před vznikem otoku se vědci zakotvují na polymerový gel molekuly, které chtějí zobrazovat, a tráví další proteiny, které obvykle drží tkáň dohromady.

Toto rozšíření tkáně umožňuje výzkumníkům získat obraz s rozlišením přibližně 70 nanometrů, který byl dříve možný pouze s velmi specializovanými a nákladnými mikroskopy.

V nové studii se výzkumníci snažili přizpůsobit proces rozšiřování vzorků bioptických tkání, které jsou obvykle zapuštěné do parafinového vosku, zamrzlé záblesky nebo obarvené chemikáliemi, které činí celulární struktury viditelnější.

Tým MIT / Harvard navrhl proces převedení těchto vzorků na stav vhodný pro expanzi. Například odstraňují chemické skvrny nebo parafin vystavením tkání chemickému rozpouštědlu nazývanému xylén. Potom vzorek zahřejí v jiné chemické látce nazvané citrát. Poté tkáně procházejí procesem rozšiřování, který je podobný původní verzi techniky, avšak se silnějšími trávicími kroky k vyrovnání silné chemické fixace vzorků.

Během tohoto postupu mohou výzkumníci také přidat fluorescenční značky pro molekuly, které jsou předmětem zájmu, včetně proteinů, které označují určité typy buněk nebo DNA nebo RNA se specifickou sekvencí.

Vědci zkoušeli tento přístup na vzorky tkání od pacientů s lézemi na počátku prsu. Jedním ze způsobů, jak předpovědět, zda se tyto léze stanou zhoubnými, je vyhodnotit vzhled jader buněk. Benígní léze s atypickými jádry mají pětinásobně vyšší pravděpodobnost vývoje rakoviny než u typických jader.

Studie však odhalily významné rozdíly mezi hodnoceními nukleární atypie prováděnými různými patology, které mohou potenciálně vést k nepřesné diagnóze a zbytečnému chirurgickému zákroku. Zlepšený systém pro diferenciaci benigních lézí s atypickými a typickými jádry by podle výzkumníků mohl každý rok ve Spojených státech zabránit 400 000 chybným diagnózám a stovkám milionů dolarů.

Po rozbalení vzorků tkáně analyzoval tým MIT / Harvard pomocí algoritmu strojového učení, který může vyhodnotit jádra na základě desítek rysů, včetně orientace, průměru a kolik se odchylují od skutečné kruhovitosti. Tento algoritmus byl schopen rozlišovat mezi lézemi, která se pravděpodobně stala invazivními a těch, která nebyla, s přesností 93 procent na rozšířených vzorcích ve srovnání s pouze 71 procenty na předem expandované tkáni.

"Tyto dva typy lézí vypadají velmi podobně jako volné oko, ale člověk má mnohem méně rizika rakoviny, " říká Zhao.

Výzkumníci také analyzovali vzorky ledvinových tkání od pacientů s nefrotickým syndromem, což narušuje schopnost ledvin filtrovat krev. U těchto pacientů jsou ztracené nebo poškozené drobné prstovité projekce, které filtrují krev. Tyto struktury jsou rozmístěny od sebe asi 200 nanometrů, a proto lze obvykle pozorovat pouze pomocí elektronového mikroskopu nebo drahých mikroskopů s vysokým rozlišením.

Když vědci ukázali obrazy vzorků rozšířené tkáně skupině vědců, která zahrnovala patologa a nepatologa, skupina dokázala identifikovat nemocné tkáně s celkovou přesností 90 procent, ve srovnání s pouhými 65 procenty přesnosti s neexpandovanými vzorky tkáně.

"Nyní můžete diagnostikovat nefrotické onemocnění ledvin bez nutnosti elektronového mikroskopu, což je velmi drahý stroj, " říká Boyden. "Můžete to udělat s několika chemikáliemi a světelným mikroskopem."

Odhalování vzorků

Pomocí tohoto přístupu výzkumníci předpokládají, že vědci by mohli vyvinout přesnější diagnostiku mnoha dalších onemocnění. Za tímto účelem budou vědci a lékaři muset analyzovat mnohem více vzorků pacientů, což jim umožní zjistit vzorce, které by nebylo možné vidět jinak.

"Pokud můžete rozšiřovat tkáň o stokrát větší objem než všechny ostatní věci jsou stejné, dostanete 100 krát více informací, " říká Boyden.

Vědci mohou například rozlišit rakovinné buňky na základě počtu kopií konkrétního genu. Další kopie genů, jako je HER2, které vědci zaznamenali v jedné části této studie, naznačují podtyp rakoviny prsu, který je vhodný pro konkrétní léčbu.

Vědci by se také mohli podívat na architekturu genomu nebo na to, jak se tvary buněk mění, když se stávají rakovinnými a interagují s jinými buňkami těla. Další možnou aplikací je identifikace proteinů, které jsou specificky exprimovány na povrchu rakovinných buněk, což umožňuje výzkumníkům navrhnout imunoterapie, které označují tyto buňky za destrukci imunitním systémem pacienta.

Boyden a jeho kolegové provozují školení několikrát za měsíc u MIT, kde mohou návštěvníci přijít a sledovat techniky expanzní mikroskopie a zpřístupnili své protokoly na svých internetových stránkách. Doufá, že mnoho lidí začne používat tento přístup ke studiu různých onemocnění.

"Biopsie rakoviny jsou jen začátek, " říká Boyden. "Máme nový potrubí pro získávání klinických vzorků a jejich rozšiřování, a zjišťujeme, že můžeme použít rozšíření na mnoho různých onemocnění. Rozšíření umožní výpočetní patologii využít více informací ve vzorku, než bylo možné dříve."

Humayun Irshad, výzkumný pracovník společnosti Harvard / BIDMC a autor studie, souhlasí: "Rozšířené obrazy vedou k více informativním rysům, které zase vedou k vyšším výkonům klasifikačních modelů."

menu
menu