首页 » 体外诊断 » 澳大利亚科学家发明纳米载玻片,无需染色肉眼即可识别早期癌症

澳大利亚科学家发明纳米载玻片,无需染色肉眼即可识别早期癌症

来源:生物探索 2021-10-15 17:45

 

在生物和医学研究中,癌变组织和正常组织样品不进行特殊处理时,在标准光学显微镜下无法直接区分,通常被研究的生物材料需要被染色以揭示其秘密,但这样可能会改变样本的特性导致误诊。

最近,澳大利亚拉筹伯大学的Belinda S. Parker副教授和Brian Abbey教授及其团队开发出一种新的显微镜载玻片,避开了这个问题,他们用这种新型载玻片成功区分了正常的上皮组织、癌前组织和乳腺癌组织。这一发明无疑是为医生提供了一把“照妖镜”,让癌变组织无所遁形。

相关研究结果发表在Nature期刊上,论文标题为“Colorimetric histology using plasmonically active microscope slides”。

近几年,拉筹伯大学的Abbey教授和Eugeniu Balaur博士共同开发并研究了这项技术。正如Abbey所说,“现在一般通过对生物组织/细胞的染色标记使其在显微镜下可以更好的观察。然而,如果要在组织中检测癌细胞,只有染色标记是远远不够的,这也是癌症早期不易发现而被误诊的原因。近几年纳米生物技术飞速发展,我们可以通过控制生物组织与光的相互作用,把这种相互作用的差异转变成不同的颜色来区别健康和不健康的组织。纳米载玻片技术让组织观察变得想观看彩色电视一样,而以前,只能是黑白电视。”

在大自然的漫长的进化过程中,出现了各种色彩的有趣的生物,比如颜色靓丽的蝴蝶、善于伪装的章鱼等等。这是因为它们体壁上有极薄的蜡层、刻点、沟缝或鳞片等细微结构,使光波发生折射、漫反射、衍射或干涉而产生的各种颜色。

在此基础上,Abbey教授和他的团队设计出了一种用于生物组织呈像的纳米载玻片。这种纳米载玻片包括了普通载玻片基底、纳米涂层以及超薄保护层。其中,纳米涂层具有470-550 nm可见光范围内的列阵结构。超薄保护层是为了保护整个纳米载玻片,以免受到环境的侵袭使其呈像功能更加稳定。当样本组织放在这种载玻片上时,样品局部厚度以及介电常数的改变会导致透射光通过与载玻片微观孔阵列时的光谱的变化。

简单来说,样品可以改变纳米载玻片的微观结构从而导致透过的光谱的差异。在观察纳米载玻片上的样品时就产生了明显的色差效应,最终使我们观察到了不同的颜色。

“照妖镜”有了,那它的效果是否会如研发团队所愿,还要看看实际应用的效果。研发团队为了能清晰地观察到乳腺癌发生发展的各个不同阶段,它们选择了一种自发性乳腺癌的动物模型MMTV-PyMT小鼠,这是研究早期乳腺癌中的细胞变化的最佳选择。正如所愿,在实验中,这种纳米载玻片成功地通过颜色差异对健康组织和非健康组织做出区别,这种区别与传统染色标记法的结果一致而且更加优秀。

在应用过程中,研究团队还发现了一个重要的现象。在同一个体中,健康细胞与癌变细胞的交界并不明显,存在一个互相重叠的区域。也就是说,同一个体的健康细胞具有癌变的趋势,最终基本上会发展成侵袭前和侵袭性肿瘤。而这些状况与对照样本(正常小鼠)的组织基本不重叠。通俗来说,这种纳米载玻片具有癌症早期的预测诊断能力。

研究者们制作了连续切片并使用细胞角蛋白5/6(CK5/6)和雌激素受体(ER)作为标记物来对比纳米载玻片和传统染色技术对UDH和DCIS的区分效果。实验结果显示,对比UDH,DICS纳米载玻片样本中的颜色明显增加,纳米载玻片与CK5/6和ER对组织的呈像变化趋势的变化是一致的,然而,纳米载玻片样本中的对比度明显更强,颜色也更深。这体现了纳米载玻片的可靠性和对传统技术的提升。(生物谷Bioon.com)

 

相关标签