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Schnellurteil: Ultraschnelle Kamera Erneuert Versprechen Eines Bluttests Zur Krebsfrüherkennung
Schnellurteil: Ultraschnelle Kamera Erneuert Versprechen Eines Bluttests Zur Krebsfrüherkennung

Video: Schnellurteil: Ultraschnelle Kamera Erneuert Versprechen Eines Bluttests Zur Krebsfrüherkennung

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Die verbesserte Laserpulskamera von U.C.L.A. ist einer von mehreren neuen Ansätzen zum Auffinden von Krebszellen im Blutkreislauf.

Zellen, die sich von einem Krebstumor lösen und im Blutkreislauf zirkulieren, sind eine ernsthafte Bedrohung für die Ausbreitung oder Metastasierung von Krebs im gesamten Körper. Das Auffinden dieser zirkulierenden Tumorzellen (CTCs) kann jedoch wie das Suchen nach einer bestimmten Nadel in einem Nadelstapel aussehen. Ein Milliliter Blut enthält etwa fünf Milliarden rote Blutkörperchen, 10 Millionen weiße Blutkörperchen und nur 10 Tumorzellen.

Die Früherkennung und Behandlung von Krebs ist jedoch die beste Überlebenschance eines Menschen. Da Metastasen für 90 Prozent der Krebstoten verantwortlich sind, haben Forscher jahrzehntelang versucht, Bluttests zu entwickeln, mit denen CTCs effektiv erkannt werden können, bevor sie neue Tumore bilden können. Die größte Herausforderung bestand darin, Milliarden sich schnell bewegender Blutzellen in einer Probe schnell mit einer Auflösung zu untersuchen, die hoch genug ist, um die krebsartigen Eindringlinge zu identifizieren.

Forscher der University of California in Los Angeles (UCLA) entwickeln ein System, das ein optisches Mikroskop mit einem Gerät zum Zählen und Untersuchen von Zellen kombiniert, zusammen mit einem Hochgeschwindigkeits-Bildprozessor, von dem sie sagen, dass er unscharfe Bilder schnell aufnehmen kann -bewegende Zellen, ein bedeutender Schritt, um CTCs auf frischer Tat zu ertappen. Die Forscher haben das System letzten Monat in Proceedings der National Academy of Sciences (PNAS) beschrieben.

Erwischt

Das Herz der U.C.L.A. Das System ist eine ultraschnelle mikroskopische Kamera, die die Forscher 2009 eingeführt haben und die Bilder mit etwa sechs Millionen Bildern pro Sekunde aufnimmt. Diese "serielle zeitcodierte verstärkte Mikroskopie" -Kamera (STEAM) erzeugt jedes Bild mit einem sehr kurzen Laserpuls - einem Lichtblitz, der nur eine Milliardstel Sekunde lang ist. Die Verschlusszeit der STEAM-Kamera beträgt 27 Pikosekunden und ist damit etwa eine Million Mal kürzer als bei einer aktuellen Digitalkamera. (Eine Pikosekunde eine Billionstelsekunde.)

Ein Instrument muss zwei Hauptanforderungen erfüllen, um CTCs in einer Blutprobe nachzuweisen. Natürlich muss es eine hohe Empfindlichkeit oder ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, um die Signale zu identifizieren, sagt der Hauptautor Keisuke Goda, ein U.C.L.A. Programmmanager in Elektrotechnik und Bioingenieurwesen. "Und es muss eine hohe Geschwindigkeit sein, sonst würde es lächerlich lange dauern [um eine Krebszelle zu finden], weil die Anzahl der Hintergrundzellen riesig ist." Der STEAM-Durchflussanalysator ist ein automatisiertes Mikroskop, das 100-mal schneller ist als die automatisierten Mikroskope, die Krankenhäuser manchmal zur Identifizierung von Krankheiten verwenden, fügt er hinzu.

Die U.C.L.A. Die Kamera wandelt jeden Laserpuls in einen Datenstrom um, aus dem ein Hochgeschwindigkeitsbild zusammengestellt werden kann. Das Team verwendete diese Technologie, um Brustkrebszellen in einer Blutprobe zu identifizieren. "Wir untersuchen die Form, Größe und Textur der Zelle sowie ihre Oberflächenbiochemie", erklärt Goda. "Durch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen können wir feststellen, dass Krebszellen tendenziell größer sind als weiße oder rote Blutkörperchen. Und wir wissen, dass die Form einer Krebszelle im Vergleich zu roten und weißen Blutkörperchen schlecht definiert ist."

Die Forscher führen derzeit klinische Tests an Blutproben von Brust-, Lungen-, Magen-, Prostata- und Darmkrebspatientinnen durch. Längerfristig wollen sie schnell weitere Krebsarten diagnostizieren, darunter Eierstock- und Bauchspeicheldrüsenkrebs, die sich schnell ausbreiten und eine frühzeitige Erkennung erfordern, damit eine Patientin überleben kann, sagt Goda, die kürzlich zum Chemieprofessor an der Universität von Tokio ernannt wurde wird seine Forschung mit der UCLA fortsetzen Er fügt hinzu, dass ein relativ nicht-invasiver Bluttest die Menschen dazu ermutigen würde, sich häufig untersuchen zu lassen.

Erstes Blut

Ein solcher Bluttest könnte eine sicherere und genauere Alternative zu Mammographien und anderen bildgebenden Tests sowie schmerzhaften Biopsien darstellen. MRT- und Computertomographie (CT) -Scans können beim Auffinden größerer Tumoren wirksam sein, aber die Prognose eines Patienten ist zum Zeitpunkt der Erkennung eines Tumors schlecht.

Es gibt bereits ein Diagnosewerkzeug auf dem Markt zur Identifizierung und Zählung von CTCs in Blutproben, das jedoch nicht für die Früherkennung optimiert ist. Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) genehmigte 2004 das CellSearch-System der Veridex-Abteilung von Johnson & Johnson zur Identifizierung und Zählung von CTCs bei Patienten mit metastasiertem Brustkrebs. Die FDA hat seitdem CellSearch zugelassen, um die Behandlung metastatischer Formen von Prostata- und Darmkrebs zu unterstützen. Letztes Jahr sagte Johnson & Johnson, es würde Krebs investieren. Er verweist auf ein Projekt der Northwestern University, das darauf abzielt, Krebsvorstufen zu beleuchten. Forscher aus dem Nordwesten analysieren Gewebe im Nanobereich - im Gegensatz zur Mikroskala -, um Zellen auszurotten, deren Kerne sich stark ausgedehnt haben oder auf andere Weise Unregelmäßigkeiten aufweisen, die Anzeichen einer bevorstehenden Malignität sein könnten.

Northwesterns Ansatz, der vom biomedizinischen Ingenieur Vadim Backman geleitet wird, besteht darin, das Gewebe entweder im Körper eines Patienten zu beleuchten oder ihm zu entnehmen. Die Forscher verwenden eine Kombination aus Mikroskopie und Spektroskopie, um zu untersuchen, wie dieses Licht reflektiert wird. Schwankungen in den Reflexionen deuten auf mögliche Anomalien in der mikromolekularen Dichte des entnommenen Gewebes hin und können auf das Vorhandensein ungesunder Zellen hinweisen, sagt Backman.

"Die meisten Anstrengungen in der Vergangenheit waren die Untersuchung von Krebszellen und Tumoren selbst, aber wir konzentrieren uns auf das, was dem Tumor vorausgeht", sagt Backman. "Der Tumor ist die Spitze des Eisbergs. Wir wollen unter die Wasserlinie schauen."

Backman und sein Team behaupten, ihre Technologie bereits an 2.000 Patienten mit hoher Genauigkeit getestet zu haben. Der nächste Schritt besteht darin, eine kompakte, benutzerfreundliche Version zu entwickeln, die kommerzialisiert werden kann, und dann zusätzliche Tests durchzuführen, um die FDA-Zulassung für ein möglicherweise noch wirksameres Krebs-Frühwarnsystem zu erhalten.

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