The Scientist:观测癌细胞新技术

【字体: 时间:2012年04月16日 来源:生物通

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  简而言之,“当光熄灭的时候,传出声波”,Wang说。光声成像的方法就在于将深处的吸收光转变成了声波,后者比光散射情况低一千倍。这可以通过某光波长纳秒脉冲激光照射成像组织来实现。

生物通报道:如今癌症已经越来越难以躲藏了,随着现代成像技术的发展,研究人员能观察到了癌细胞的一举一动,无论是肿瘤的生长,内部活动,还是肿瘤细胞对于周围组织的影响,都逃不开。

来自约翰霍普金斯医学院巴尔的摩分校体内细胞分子成像中心主任Zaver Bhujwalla说,“我认为成像就是为癌症而生”,通过成像“能分析癌症的方方面面。”

The Scientist杂志汇总了几种新组合,范围跨度老技术和尖端新技术,为癌症研究人员提供成像选择。

光声成像

使用者:来自华盛顿大学圣路易斯分校光学成像实验室主任王力宏(Lihong Wang)

项目:

发展光声成像技术,革新光学显微和成像中一毫米深度的限制,并且不造成动物,人体以及组织样品的损伤。

方法:

简而言之,“当光熄灭的时候,传出声波”,Wang说。光声成像的方法就在于将深处的吸收光转变成了声波,后者比光散射情况低一千倍。这可以通过某光波长纳秒脉冲激光照射成像组织来实现。

也就是说,当宽束短脉冲激光辐照生物组织时,位于组织体内的吸收体 (如肿瘤 )吸收脉冲光能量,导致升温膨胀,产生超声波。这时位于组织体表面的超声探测器件可以接收到这些外传的超声波,并依据探测到的光声信号来重建组织内光能量吸收分布的图像。

由此可见光声成像技术检测的是超声信号,反映的是光能量吸收的差异,所以这一技术能很好地结合光学和超声这两种成像技术各自的优点。而且由于探测的是超声信号,所以这一技术能克服了纯光学成像技术在成像深度与分辨率上不可兼得的不足。而且由于光声技术的图像差异来源于组织体光学吸收的不同,这就能够有效地补充纯超声成像技术在对比度和功能性方面的缺陷。

应用:

这种成像能观察到肿瘤,以及肿瘤血管,研究人员还可以利用光声成像对血红蛋白成像,分析血流和血管新生的信息,或者测量血红蛋白氧负载量,来分析癌组织的高代谢情况。“从理论上来说,光声成像能对任何分子成像”,王说,其研究组已利用这一技术观测了脂肪,蛋白,细胞色素C,核酸,甚至水分子。“只存在一个问题,那就是寻找合适的波长”,他们能在样品表面,获得200纳米空间分辨率的图像——五厘米深度就会降低一毫米分辨率。

仪器:

根据不同的应用,光声成像仪器可以是一个标准显微镜,一个掌上超声探针,或者四四方方的扫描仪。Wang的实验室采用的是来自美国密歇根的Endra公司的产品,以及加拿大多伦多VisualSonics公司产品,他预计花费大约为三十万美元(美国地区价格)。

其中Endra公司的小动物光声成像系统具备纳摩尔级的灵敏度,以及280um的高分辨率,可探测表皮20mm以下的光声信号。并可用于小动物分子成像的定量分析。同时它结合了近红外探测技术,增强了光的吸收信号,进而增加了图片对比度,使实验结果更清晰,更精确。

Wang实验室利用光声成像技术,清晰地探测到活体小鼠脑血管的分布及颅内小脑、海马、侧室等结构, 并得到了脑实质病损的得到了清晰成像,同时还通过刺激老鼠胡须得到了该大脑皮层中枢的脑血管血流动力学改变的图像。

加拿大VisualSonics则是一家临床前成像系统公司,生产的高频超声波系统是主要为相关领域的科学研究提供成像辅助。 其Vevo LAZR光声成像系统是基于其原有的世界最先进的小动物超声基础上,整合了光声信号研发的新一代的小动物活体影像系统,其图像分辨率可高达44um。Vevo LAZR成像整合了光声信号和超声影像的解剖学影像,兼具小动物活体荧光成像的高灵敏性高特异性与小动物超声成像的高分辨率性,支持2D和3D的实时活体成像。

优点:

成像不仅包含染料,也包含内源性分子

低背景,高灵敏度和对比度

缺点:

内含空气的器官,比如肺部,以及厚骨处,比如颅骨会阻挡声波信号

由于空气的介入,因此研究人员必须利用凝胶,或者液体连接检测仪器和样品。

系列文章: 看!癌细胞在干嘛?

(生物通:张迪)

原文首段:

These days, cancer has a harder time hiding out. With modern imaging tools, inquiring researchers can ogle its every move, from a tumor’s growth to its inner workings to its effects on surrounding tissues.

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