Een nieuw microscoopsysteem kan levend weefsel in realtime en in moleculair detail in beeld brengen, zonder chemicaliën of kleurstoffen, rapporteren onderzoekers van de Universiteit van Illinois.

Het systeem maakt gebruik van nauwkeurig op maat gemaakte lichtpulsen om gelijktijdig beelden met meerdere golflengten af ​​te beelden. Hierdoor kunnen de onderzoekers gelijktijdige processen in cellen en weefsels bestuderen, en zou kankeronderzoekers een nieuw hulpmiddel kunnen geven voor het volgen van tumorprogressie en artsen nieuwe technologie voor weefselpathologie en diagnostiek.

De onderzoekers detailleerden de techniek, simultane labelvrije autofluorescentie multi-harmonische microscopie genoemd, in het journaal Natuurcommunicatie .

"De manier waarop we hebben verwijderd, het verwerken en kleuren van weefsel voor het diagnosticeren van ziekten wordt al meer dan een eeuw op dezelfde manier toegepast, " zei studieleider Dr. Stephen Boppart, een professor in bio-engineering en elektrische en computertechniek in Illinois en een arts. "Met de vooruitgang in microscopietechnieken zoals de onze, we hopen de manier waarop we detecteren te veranderen, visualiseren en monitoren van ziekten die zullen leiden tot een betere diagnose, behandelingen en resultaten."

SLAM-microscopie verschilt op verschillende manieren van standaard weefselpathologie. Eerst, het wordt gebruikt op levend weefsel, zelfs in een levend wezen, waardoor het de mogelijkheid heeft om te worden gebruikt voor klinische diagnose of om chirurgie in de operatiekamer te begeleiden. Tweede, het gebruikt geen kleurstoffen of chemicaliën, alleen licht. De standaardprocedure omvat het verwijderen van een weefselmonster en het toevoegen van chemische vlekken - wat een langdurig proces kan zijn - en de chemicaliën kunnen de cellen verstoren.

Hoewel er andere vlekvrije beeldvormingstechnieken zijn ontwikkeld, ze visualiseren meestal slechts een subset van signalen, het meten van specifieke biologische of metabole handtekeningen, zei afgestudeerde student Sixian You, de eerste auteur van het artikel. In de tussentijd, SLAM-microscopie verzamelt gelijktijdig meerdere contrasten van cellen en weefsels, het vastleggen van details en dynamiek op moleculair niveau, zoals metabolisme.

In de meest recente studie, Bopparts groep keek naar borsttumoren bij ratten, samen met de omringende weefselomgeving. Dankzij de gelijktijdige gegevens, ze waren in staat om het bereik van de dynamiek te observeren naarmate de tumoren vorderden en hoe verschillende processen op elkaar inwerkten.

"We weten dat de tumor er is, maar tumoren ondersteunen een heel ecosysteem in het weefsel, U zei. "Ze rekruteren gezonde cellen om hen te ondersteunen. SLAM stelt ons in staat een uitgebreid beeld te krijgen van deze steeds evoluerende micro-omgeving van tumoren op subcellulaire, moleculaire en metabolische niveaus in levende dieren en menselijk weefsel. Door dat proces te volgen, kunnen we de progressie van kanker beter begrijpen, en in de toekomst zou kunnen leiden tot een betere diagnose van hoe geavanceerd een tumor is, en betere therapeutische benaderingen gericht op het stoppen van de progressie."

De onderzoekers zagen dat de cellen bij de tumor verschillen in metabolisme en morfologie, wat aangeeft dat de cellen waren gerekruteerd door de kanker. In aanvulling, ze observeerden omringende weefsels die infrastructuur creëerden om de tumor te ondersteunen, zoals collageen en bloedvaten. Ze zagen ook communicatie tussen de tumorcellen en de omringende cellen in de vorm van blaasjes, kleine transportpakketjes die door cellen worden vrijgegeven en door andere cellen worden geabsorbeerd.

"Eerder werk heeft aangetoond dat tumorcellen blaasjes afgeven om de omliggende cellen te lokken om ze te ondersteunen, U zei. "Dan laten de cellen die zijn gerekruteerd hun eigen blaasjes vrij om terug te gaan naar de tumor. Het is een vicieuze cirkel. Het is heel anders dan de activiteit die we zien in onze controlemonsters met gezond weefsel. Het vermogen om de dynamiek van al deze belangrijke spelers in authentieke tumoromgevingen te zien, kan helpen om licht te werpen op dit mysterieuze maar kritische proces."

Volgende, Boppart's groep gebruikt SLAM-microscopie om gezond weefsel en kankerweefsel te vergelijken bij zowel ratten als mensen, met name gericht op de activiteit van blaasjes en hoe deze zich verhoudt tot de agressiviteit van kanker. Ze werken ook aan draagbare versies van de SLAM-microscoop die klinisch kunnen worden gebruikt.

"Er is een schat aan nieuwe gegevens, informatie en biomarkers in de beelden die we verzamelen van vers weefsel dat nog steeds metabolisch actief is, of in levende organismen, waar we de dynamiek van individuele cellen en hun collectieve gedrag kunnen visualiseren, " zei Boppart, die ook verbonden is aan het Carle Illinois College of Medicine en het Beckman Institute for Advanced Science and Technology in Illinois.

"Deze, wij verwachten, zullen nieuwe markers worden voor ziekten zoals kanker, en onze beeldvormingstechnologie zal helpen deze te detecteren voor ziektescreening, diagnose- en bewakingstoepassingen. Wij zijn van mening dat deze technologie de mogelijkheid zal openen om complementaire, of zelfs vervangen, standaard histopathologische verwerking, wat tijd- en arbeidsintensief is en alleen kan worden gedaan op verwijderde, gemaakt, dood weefsel, " hij zei.