肿瘤内部的高分辨率3D视图
乳腺癌是女性最常见的癌症。但单个肿瘤可能存在显著差异，在其肿块内呈现不同的空间模式。慕尼黑工业大学(TUM)和亥姆霍兹中心München的研究人员现在已经成功了可视化肿瘤内部的空间变化通过光声学的方法。这种方法可能有助于未来新药的开发。
恶性肿瘤比健康细胞消耗营养和氧气更快。为此，它们吸收周围环境中的血管。根据肿瘤类型和遗传特征的不同，肿瘤内部的外观也有所不同。通常，肿瘤在其体积上呈现不同的模式。这种空间异质性在活体肿瘤中的作用尚未得到很好的理解或研究。例如，光学显微镜通常用于了解肿瘤中的生物功能，对肿瘤的空间异质性提供了有限的见解，因为它只能访问不到一立方毫米的体积。
新成像方法的高分辨率
慕尼黑研究人员开发的一项新技术被称为多光谱光声介观(MSOM)，现在已被证明能够通过肿瘤体积分辨光学对比度，其体积至少是光学显微镜的1000倍，从而实现肿瘤异质性模式的高分辨率可视化。用这种成像方法，首先用红外激光脉冲从四面激发肿瘤。“吸收这种激发光的肿瘤和组织成分会经历一个微小的、短暂的温度升高，这导致局部体积的小膨胀，然后是收缩。这个膨胀和收缩的过程产生了一个微弱的超声波信号，我们用探测器收集了这个信号，”客座研究员李姣博士说。
收集的数据经过数学处理，形成光吸收图像，显示反映肿瘤氧合和血管化的不同肿瘤模式。李博士说:“MSOM首次提供了深入肿瘤内部10毫米或更深的光学图像，分辨率不到50微米。”
了解肿瘤的功能多样性
“实体肿瘤的MSOM成像让我们以新的视角看待肿瘤，”Vasilis Ntziachristos教授说，他是TUM生物成像主席兼Helmholtz Zentrum生物和医学成像研究所主任München。“MSOM使我们能够了解肿瘤功能在肿瘤中是如何变化的，清楚地将光学观察的范围远远超出了光学显微镜的深度穿透限制。”
研究人员从小鼠乳腺癌的照片中可以看到血管存在或不存在的模式，从而研究血液供应模式。MSOM还可以分解血红蛋白水平，并指示氧气是否与血红蛋白结合。此外，MSOM图像用于确定相对于纳米颗粒的血管壁的渗透性。利用老鼠模型，科学家们已经能够追踪微小的黄金颗粒是如何运输的。
三维肿瘤图片，无需手术活检
与传统的组织学不同，在传统的组织学中，组织必须被移除，切割并由病理学家在显微镜下检查，MSOM允许对整个活肿瘤进行三维分析，而不需要手术活检。这进一步支持了纵向研究，以便可以更准确地研究不同药物下肿瘤的生长或衰退。所有这些都为在人类药物开发过程中提高对生物功能和药物疗效的理解铺平了道路。
参考文献:J. Li, A. Chekkoury, J. Prakash, S. Glasl, P. Vetschera, B. Koberstein-Schwarz, I. Olefir, V. Gujrati, M. Omar, V. Ntziachristos。(2020)通过锥形多光谱光声介面镜在体内解决乳腺癌中氧合和血流动力学的空间异质性。光科学应用。DOI: 10.1038 / s41377 - 020 - 0295 - y
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