سلول‌های سرطانی را با بیولیزر شناسایی کنید

تشخیص سلول‌های توموری در بیماران مبتلا به سرطان پانکراس و ریه

محققان دانشگاه میشیگان روشی برای تشخیص سلول‌های توموری در حال گردش در خون بیماران مبتلا به سرطان پانکراس و ریه توسعه داده‌اند. این مطالعه در مجله Biosensors and Bioelectronics منتشر شده است. با پیشرفت تومورها، آن‌ها سلول‌هایی را به خون آزاد می‌کنند. اگرچه این سلول‌های توموری به شدت تحت‌الشعاع میلیون‌ها سلول خونی دیگر قرار می‌گیرند، اما تشخیص زودهنگام آن‌ها می‌تواند به بهبود نتایج درمان کمک کند. به عنوان مثال، سرطان پانکراس پیش‌آگهی ضعیفی دارد زیرا تا زمانی که تشخیص داده می‌شود، دیگر برای درمان دیر شده است. همچنین، نرخ‌های تشخیص سرطان ریه، به ویژه در صورت عود بیماری پس از درمان، نیز پایین است.

روش‌های کنونی برای تشخیص سلول‌های توموری در حال گردش شامل برچسب‌گذاری پروتئین‌های خاص روی سطح این سلول‌ها با رنگ‌های فلورسانس است. این سلول‌های رنگ‌آمیزی شده سپس به راحتی در نمونه‌های خون قابل شناسایی هستند. با این حال، این روش‌ها معایبی دارند. برخی از سلول‌ها ممکن است پروتئین‌های مذکور را روی سطح خود نداشته باشند و بنابراین ممکن است از دست بروند. همچنین، این تکنیک‌ها اطلاعات ارزشمندی درباره آنچه درون سلول‌های سرطانی در حال وقوع است، از دست می‌دهند.

سانیتا ناگراث، استاد مهندسی شیمی، گفت: “این تکنیک‌های موجود معمولاً شامل روش‌هایی هستند که در نهایت سلول‌های سرطانی را می‌کشند و به این ترتیب ما را از استفاده از این سلول‌ها برای تحقیقات بیشتر بازمی‌دارند.” او افزود: “ما متوجه شدیم که نیاز به یک روش جایگزین برای شناسایی سلول‌های توموری در حال گردش در حالی که زنده هستند داریم.”

برای این کار، محققان به لیزرهای زیستی روی آوردند. اگرچه این روش هنوز شامل رنگ‌آمیزی سلول‌های سرطانی با رنگ‌ها است، اما این سلول‌ها را نمی‌کشد و به جای وابستگی به پروتئین‌های سطحی، محققان می‌توانند چیزی را رنگ‌آمیزی کنند که برای تمام سلول‌ها ضروری است – هسته آن‌ها. با استفاده از نمونه‌های خونی از بیماران مبتلا به سرطان پانکراس، محققان ابتدا تمام سلول‌ها را از طریق یک هزارتوی دایره‌ای به نام Labyrinth عبور دادند که سلول‌های توموری در حال گردش را که کمی بزرگ‌تر از سایر سلول‌های سفید خون هستند، جدا می‌کند. “این مانند رانندگی در یک منحنی با دوچرخه در مقابل یک کامیون است – نیروهایی که تجربه می‌کنید بسیار متفاوت هستند.”

تحقیقات جدید در شناسایی سلول‌های سرطانی با استفاده از لیزر

به گفته نگران، “سلول‌های بزرگ‌تر تومور در مقایسه با سلول‌های کوچک‌تر خون سفید، در مکان‌های متفاوتی متمرکز می‌شوند.” آن‌ها سپس سلول‌های تومور را بین دو آینه قرار داده و یک لیزر تحریک‌کننده را به صورت تک‌سلولی به آن‌ها تاباندند. زمانی که تحریک به اندازه کافی قوی باشد، سلول‌ها تابش لیزری تولید می‌کنند و به این پدیده “لیزر سلولی” گفته می‌شود. فن، استاد مهندسی زیست‌پزشکی، گفت: “تابش لیزری از یک لیزر سلولی بسیار قوی‌تر از آن چیزی است که ما از تکنیک‌های فلورسانس سنتی به دست می‌آوریم.” او افزود: “تصاویر تابش لیزری نیز متفاوت است؛ در تابش فلورسانس، سلول‌ها به صورت کره‌های درخشان به نظر می‌رسند. اما با لیزر، می‌توانید اشکال مختلفی را ببینید که اطلاعاتی درباره چگونگی سازماندهی DNA در داخل سلول‌های سرطانی ارائه می‌دهد.” با این حال، این تفاوت‌ها ظریف هستند.

بنابراین، محققان به یادگیری ماشین روی آوردند. با استفاده از مدل Deep Cell-Laser Classifier، آن‌ها توانستند سلول‌های سرطان پانکراس را با دقت ۹۹ درصد شناسایی کنند. این مدل به قدری مؤثر بود که حتی با اینکه با سلول‌های سرطان پانکراس آموزش دیده بود، توانست سلول‌های سرطان ریه را بدون نیاز به آموزش اضافی شناسایی کند. فن گفت: “اگرچه چند گروه تحقیقاتی در حال کار با بیولیزرها هستند، ما اولین گروهی هستیم که از آن‌ها برای مطالعات بالینی بر روی سرطان‌ها و سلول‌های تومور در حال گردش استفاده می‌کنیم.”

گروه در آینده به دنبال ساخت دستگاهی است که بتواند سلول‌های سرطانی را پس از شناسایی ایزوله کند. فن گفت: “با سیستم ما، اگر بخواهید سلول‌های تومور در حال گردش را جمع‌آوری کنید، باید آینه بالایی را بردارید که می‌تواند باعث حرکت سلول‌ها شود و در نتیجه آن را گم کنید.” او ادامه داد: “ما می‌خواهیم سیستمی توسعه دهیم که در آن سلول‌ها یکی یکی از نقطه تحریک لیزر عبور کنند و سپس از طریق یک دستگاه جداسازی سلول که به ما کمک می‌کند سلول‌ها را برای تحلیل‌های بعدی جداسازی و جمع‌آوری کنیم، عبور کنند.”

این تیم همچنین قصد دارد از الگوهای نوری تولید شده توسط سلول‌ها برای درک بهتر این که کدام تومورها تهاجمی‌تر یا مقاوم‌تر به درمان هستند، استفاده کند. نگران گفت: “تمام این سلول‌های در حال گردش می‌توانند بسیار متفاوت از یکدیگر باشند.” او افزود: “شناسایی چگونگی تغییر سلول‌های تهاجمی در طول دوره‌های درمان می‌تواند مفید باشد.” نگران همچنین اضافه کرد: “این کار بدون وجود چنین تیم بین‌رشته‌ای انجام‌پذیر نبود.”