Ученые разработали новый оптический метод, являющийся минимально инвазивные методом ранней диагностики рака. Исследователи показали впервые, что наноразмерные изменения присутствуют в клетках чрезвычайно рано в канцерогенезе. Их простой, но чувствительный метод частично-волновой спектроскопии (PWS) может обнаружить малейшие патологические изменения в раковых клетках толстой кишки человека, даже когда те же клетки выглядят нормальными под микроскопом.
Данный метод характеризует статистические свойства наноразмерной архитектуры клетки с помощью сигнала, генерируемого световыми волнами пораженной клетки. Метод частично-волновой спектроскопии может предоставить информацию не только об отдельных клетках, но он также может глядеть внутрь клетки и увидеть клетки фундаментальных "строительных блоков", таких как белки, нуклеосомы и внутриклеточные мембраны, а также обнаружить изменения в этой наноархитектуре клетки. Обычная микроскопия не может сделать это, а другие методы, которые могут (в некоторой степени) являются дорогостоящими и сложными.
Представьте себе клетку как дом и капитальное строение клетки из блоков, кирпича
, - сказал Вадим Бекман, профессор биомедицинской инженерии в школе технических наук и прикладной науки Северозападного Маккормика. Наша техника может увидеть не только размеры кирпичного дома, но и детали, эти кирпичи. И он может показать, когда эти кирпичи в беде, даже если дом выглядит нормально. Обычной микроскопией можно увидеть отдельные дома, но не кирпичи, которые составляют дом. Это существенная разница
, - сказал Бекман, который возглавляет исследование.
Бекман и его коллеги изучили, как человеческие клеточные линии колоректального рака так и клетки от модели рака толстой кишки животного. В обоих случаях техника частично-волновой спектроскопии показала, что увеличение беспорядка клеток на наноуровне параллельно генетическим событиям на ранних стадиях канцерогенеза.
Мы должны смотреть на морфологию клеток на наноуровне
, - сказал Бекман. Клетки не просто мешок из молекул- в наноархитектуре можно контролировать многие клеточные процессы и деятельность
.
Исследовались три варианта злокачественных клеток человека, каждый демонстрировал разные степени агрессивного поведения. (Во всех трех, злокачественность в результате генетических изменений.) Используя частично-волновую спектроскопию, исследователям удалось выделить каждую клеточную линию. Они нашли архитектурный беспорядок во всех трех, но в разной степени; наиболее агрессивные злокачественные клеточные линии показали большинство внутриклеточных расстройств. При осмотре с помощью микроскопа, все три клеточные линии выглядели нормально, и каждый был неотличим от других. Такая же тенденция была найдена в исследовании ученых из клетки от животной модели.
Если данный скрининг-метод при раке толстой кишки подтвердится с помощью соответствующих клинических испытаний, существует возможность предотвращения многих тысяч смертей от рака каждый год
, - сказал Аллен Taфлов, профессор электротехники и компьютерных наук в университете. Он сотрудничал с Бекманом в проведении компьютерного моделирования, как свет взаимодействует со сложной структурой клетки и является автором статьи.
В дополнение к исследованиям рака, частично-волновая спектроскопия может найти применение в биомеханике (для исследования наноразмерной структуры полимеров, материалов или ткани), тканевой инженерии и исследования стволовых клеток. В любом месте, где вы используете микроскопию, можно использовать частично-волновую спектроскопию и получить более подробную информацию
, - сказал Бекман. Данный метод может работать практически с чем угодно, и он может обнаружить объекты до 20 нанометров.
