211service.com
Kirurgisk skalpell sniffar bort cancer
I hopp om att hjälpa onkologer att ta bort varje bit av tumörvävnad under operationen, utvecklar forskare nya avbildningsverktyg som fungerar i realtid i operationssalen. Europeiska forskare har nu visat att ett kemiskt analysinstrument som kallas en masspektrometer kan kopplas till en elektroskalpell för att skapa en molekylär profil av vävnad under operation. Forskarna har visat att metoden kan användas för att kartlägga olika vävnadstyper och särskilja cancervävnad. Enheten kommer att påbörja kliniska prövningar nästa månad.
Kemisk drift: Denna maskin använder masspektrometri för att göra molekylära kartor över vävnad under operation. Ångorna som genereras av en elektroskalpell sugs in i maskinen genom slangen nere till vänster.
När en kirurg utför canceroperationer har han ingen direkt information om var tumören är, säger Zoltán Takáts, professor vid Justus-Liebig University i Giessen, Tyskland. Istället förlitar sig kirurger på preoperativa bildskanningar och på feedback från patologer som undersöker vävnadsbiopsier i mikroskop. Vi vill tillhandahålla ett verktyg som ligger i deras händer, så att om de tycker att en struktur ser misstänkt ut kan de bara testa den, säger Takáts.
Masspektrometri, en mycket exakt metod för att identifiera molekyler genom att analysera förhållandet mellan deras massa och laddning, används redan av en handfull forskargrupper för att studera biologiska prover. Forskare har i många år vetat att tumörvävnad och frisk vävnad har olika molekylära profiler och att detta kan användas för att skilja dem åt, eller till och med för att avgöra hur aggressiv en viss tumör är. Andra forskargrupper har använt masspektrometri för att analysera biopsierad vävnad och har visat att den kan göra dessa skillnader. Problemet med att använda masspektrometri i operationssalen är provtagning. Innan molekyler kan analyseras måste de joniseras och sugas upp i maskinen. Att skapa joner kräver att man bombarderar ett prov med en ström av laddade partiklar, ofta en gas, och dessa metoder är inte lämpliga för operationssalen. En högspänningskvävestråle är inte kompatibel med människokroppen, säger Takáts.
Takáts insåg att vissa kirurgiska skärverktyg, inklusive elektroskalpeller, producerar gasformiga joner som en sorts avfallsprodukt som är lämpliga för analys med masspektrometri. Och dessa ångor, ofta kallade kirurgisk rök, samlas redan upp under operationen eftersom de är skadliga för lungorna. Takáts och hans medarbetare fann att masspektrometri av kirurgisk rök kan användas för att göra en molekylär karta över en tumör. Efter att ångorna har sugits in i masspektrometern identifieras kemikalierna i provet och kontrolleras mot en databas för att ge kirurgen en avläsning. Att samla in och analysera ett kemiskt prov tar några hundra millisekunder. Vi kan rita en karta och säga att den här delen är frisk lever, det vill säga bindväv, det här är fettvävnad, det är cancer, säger Takáts.
Detta arbete representerar en milstolpe i tillämpningen av masspektrometri på medicin, säger R. Graham Cooks , en professor i kemi vid Purdue University som inte var involverad i forskningen.
Masspektrometri är bara en av många avbildningstekniker som utvärderas för användning under operation. Ett annat tillvägagångssätt är att injicera en patient med fluorescerande färgämnen som binder till tumörmolekyler och är synliga under infrarött ljus. Men masspektrometri kan ge mer omfattande information om vävnadernas molekylära profiler. Det nya systemet ger inte bara information i realtid, utan producerar också en bild av tumören, med hjälp av kemisk information, som också kan hjälpa till att vägleda postoperativ vård. Avbildaren skulle till exempel kunna avslöja en särskilt aggressiv form av cancer, och denna information skulle kunna vägleda onkologer att skriva ut rätt läkemedel.
Cooks utvecklar en annan typ av masspektrometrisystem för vävnadsanalys. Hans system, kallat DESI, kräver att en dimma av laddade partiklar sprutas på vävnaden, men det kan analysera ett bredare spektrum av molekyler och kan ge mer detaljerad information. Takáts teknik tar mestadels prov på de fettmolekyler som kallas lipider som utgör cellmembranen.
Hittills har de tyska forskarna testat det kirurgiska masspektrometrisystemet på flera djur, inklusive gnagare, med cancer. Gruppen arbetar också med veterinärer för att använda skalpellen under tumörborttagningsoperationer på hundar med naturligt förekommande tumörer. Nästa månad kommer enheten att gå in i kliniska prövningar på människor, och Takáts arbetar med Meyer-Haake , ett tyskt företag för elektrokirurgiska apparater, för att utveckla maskineriet.
Det viktigaste kvarvarande hindret för att få in masspektrometri i operationssalen kan vara kostnaden. Ett elektrokirurgisystem kostar vanligtvis $8 000, medan ett kommersiellt masspektrometrisystem börjar på $120 000. Takáts noterar att marknaden för masspektrometri för närvarande är mycket liten, men att öppna upp den kirurgiska marknaden kan bidra till att sänka kostnaderna. Genom att använda instrument som är skräddarsydda för den typ av analys som är relevant för biologisk vävnad, som inte behöver vara lika högpresterande som den i kemilabb, hoppas Takáts kunna göra en maskin som kostar cirka 20 000 dollar.