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帮助脑外科医生进一步靠近手术室的新工具

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根据普渡大学和布里格姆妇女医院的研究,一种新的工具可以在手术过程中更快速,更全面地检测脑组织,成功地确定了5例脑外科手术患者的癌症类型,分级和肿瘤边缘。

该工具向组织表面喷射带电荷溶剂的微观流,以收集有关其分子组成的信息,并产生显示肿瘤细胞性质和浓度的彩色图像。

研究人员分析了从患者身上取下的标本,但目标是有朝一日能够在手术过程中对完整的脑组织进行分析,Purdue教授共同领导研究小组的R. Graham Cooks说。 Cooks说:“我们希望最终能够在手术期间进行这种分析,帮助指导脑外科医生,使肿瘤的边界可以被识别,并且可以在任何组织被移除之前建立肿瘤的状态。是亨利·波恩·哈斯化学教授。 “我们还没到,但这是这个过程中的关键一步。这表明我们已经找到了易于识别的分子模式,可以用来诊断癌细胞的类型和浓度。“

普渡大学的研究人员设计了该工具,并与哈佛医学院布莱根妇女医院的研究人员和医生合作,研究。在先进的多模式图像引导手术套件,或AMIGO,在布莱根妇女医院的标准手术室进行脑部手术。详细的结果将在即将出版的国家科学院院刊期刊上发表,并在线发表。 Brigham and Women's Hospital神经外科手术分子成像实验室主任Nathalie Agar博士说,这一发现显示了分析方法的潜力,并在评估其改善患者护理的价值方面取得了重要的一步。这项研究的共同领导者Agar说:“这种方法可以导致实时的图像引导手术,而不会干扰手术治疗,也不需要使用标记试剂。 “这种关于组织的广泛而详细的信息以前是无法用于外科医生的,并可能导致更精确的肿瘤切除。此外,在手术当天获得详细的诊断信息,可以帮助肿瘤医生更有效地设计辅助治疗的过程。“

布里格姆妇女医院神经外科的图像引导神经外科主任Alexandra Golby博士和论文共同作者说,脑肿瘤特别具有挑战性。

“大脑内的肿瘤组织常常与正常的脑组织非常相似,并且可能具有模糊的边界,因此很难确定肿瘤在哪里结束并且正常的脑组织开始,”Golby博士同时也是临床联合主任朋友。 “我们希望保留尽可能多的功能性脑组织,尤其是当肿瘤位于大脑的关键区域,如支持运动,说话或视力的区域。”

目前的手术方法依赖于外科医生训练有素的眼睛手术显微镜的帮助和手术前扫描的成像。

在手术期间从大脑采取标本的病理检查提供关于组织和癌症的诊断的最具体的信息。参与这项研究的布莱根妇女医院的病理学家Sandro Santagata博士说,然而,对冰冻切片的检查大约需要半个小时,对检查多个样本和指导手术来说,这个检查时间太长。 “新的工具能够在几秒钟内识别和分类胶质瘤和脑膜瘤并识别肿瘤分级,”Santagata说。 “它能够建立相同类型的评估病理提供,但在与手术兼容的步伐。”

外科医生在手术期间删除了32例患者,后来分析 通过新工具和标准病理学方法来测试其准确性。 Cooks说,患者样本的结果与标准病理学非常吻合。

该工具依赖于Cooks及其同事开发的称为解吸电喷雾电离(DESI)的环境质谱分析技术。

质谱法首先将分子转化为离子,或者将其自身的带电版本转化为离子,以便可以通过质量来识别质谱。通过对离子的质量分析,可以识别样品的内容物。

传统质谱法需要化学分离,操作样品和在真空室中进行电离和分析。 DESI技术通过直接在质谱仪外部的表面上执行电离步骤来消除这些要求,使得该过程更简单,更快且更适用于手术设置。

研究人员使用DESI来评估脑组织内称为脂质的脂肪物质的分布和数量。小组开发的一个软件程序然后使用结果来表征脑肿瘤并检测健康组织和癌组织之间的界限。研究人员通过早期的脑肿瘤组织的早期研究,确定了与癌症的不同类型和等级以及肿瘤细胞的浓度相对应的脂质模式。

研究时间在普渡大学研究生并参与研究的利维亚·艾伯林(Livia Eberlin)说,在研究之前,研究小组扩大并改进了脑癌的分类系统,增加了脑膜瘤的类型。斯坦福大学现在的博士后研究员Eberlin说:“这个分类器包括两种最常见的脑瘤,脑胶质瘤和脑膜瘤,占所有脑肿瘤的约65%。 “从这种成像技术获得的分子信息可以进行比其他技术更为详细的分析。我们希望有一天能够每年帮助成千上万的患有脑癌的人。“

脑肿瘤类型在组织学验证研究中的分类结果在100%的时间内与标准的病理学方法一致。研究人员发现,尽管外科手术样本的复杂性和异质性,但手术期间取自病人的样本的质谱分析结果与病理学一致,极少有例外。 Eberlin说,从个体肿瘤的不同区域采集的样本组成可能不同,肿瘤细胞浓度尤其不同。 Cooks说,该团队计划继续增加和改进分类软件,并开发可在手术期间使用的微型质谱仪。该小组还将继续检查癌组织的分子模式。

Cooks说:“环境电离质谱可以让我们直接看待未操作的组织,就像外科医生一样,并获得简单但非常有价值的分子信息。 “这些分子有一个故事,不只是在帮助诊断方面,还可能在预后和我们对这种破坏性疾病的理解方面。”

布里格姆妇女医院已经在AMIGO套件和计划中建立了质谱仪开始测试手术期间检测脑癌和乳腺癌边缘的方法,Agar说。

除了Cooks和Eberlin,来自普渡大学的论文的合着者还包括研究生Alan Jarmusch。来自布里格姆妇女医院的Agar和Golby博士除了包括神经外科的Isaiah Norton,Daniel Orringer,Ian Dunn,Xiaohui Liu和Jennifer Ide,病理学系的Keith Ligon和Sandro Santagata;和放射科的Ferenc Jolesz。

国立卫生研究院,詹姆斯·麦克唐纳基金会,脑科学基金会和丹尼尔·庞顿基金会的神经科学和克拉曼家庭基金会资助了这项研究。

布莱根妇女医院是一个非营利性的教学 哈佛医学院的附属机构和Partners HealthCare的创始成员。通过在生物医学研究所进行的调查和发现,该医院在人类疾病的基础,临床和转化研究领域处于国际领先地位。



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