DESI技术可识别脑外科患者的肿瘤类型、分级和肿瘤边缘

　　

　　

　　根据普渡大学和布莱根妇女医院的一项研究，一种新的工具可以在手术过程中更快、更全面地检测脑组织，成功地识别了5名脑外科患者的癌症类型、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编码图像。

　　普渡大学教授r·格雷厄姆·库克斯(R. Graham Cooks)说，研究人员分析了从患者身上取出的样本，但他们的目标是有朝一日能够在手术中对完整的脑组织进行分析。

　　“我们希望最终能够在手术中进行这种分析，以帮助指导脑外科医生，以便在任何组织被移除之前识别肿瘤的边界，并确定一个部位的癌症状态，”库克斯说，他是亨利·伯恩·哈斯杰出化学教授。“我们还没有到那一步，但这是这个过程中的关键一步。这表明我们已经发现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这个工具，并与哈佛医学院布里格姆妇女医院的研究人员和医生合作进行了这项研究。脑部手术是在先进的多模态图像引导手术室(AMIGO)和布里格姆妇女医院的标准手术室进行的。一篇详细介绍研究结果的论文将发表在即将出版的《科学》杂志上，并在网上发表。

　　布里格姆妇女医院(Brigham and Women's Hospital)神经外科外科分子成像实验室(Surgical Molecular Imaging Laboratory)主任纳塔莉·阿加尔(Nathalie Agar)博士说，研究结果显示了这种分析方法的潜力，并在评估其改善患者护理价值的道路上迈出了重要的一步。

　　“这种方法可以实现实时的、图像引导的手术，而不干扰手术护理，也不需要标签剂的管理，”该研究的联合负责人艾格说。“以前外科医生无法获得如此广泛而详细的组织信息，这可能会导致更精确的肿瘤切除。”此外，在手术当天获得详细的诊断可以帮助肿瘤学家更有效地设计辅助治疗方案。”布里格姆妇女医院(Brigham and Women Hospital)神经外科影像引导神经外科主任、论文合著者亚历山德拉·戈尔比(Alexandra Golby)说，脑肿瘤的切除尤其具有挑战性。

　　Golby同时也是AMIGO的临床联合主任，他说:“大脑内的肿瘤组织通常与正常脑组织非常相似，可能有模糊的边界，所以很难确定肿瘤的结束和正常脑组织的开始。”“我们希望尽可能多地保留功能性脑组织，特别是当肿瘤位于大脑的关键区域时，比如支持运动、说话或视觉的区域。”

　　目前的手术方法依赖于外科医生训练有素的眼睛，借助手术显微镜和术前扫描成像。

　　在手术过程中对脑部标本进行病理检查，可提供有关组织和癌症诊断的最具体信息。然而，布莱根妇女医院(Brigham and Women's Hospital)参与这项研究的病理学家桑德罗·桑塔加塔(Sandro Santagata)博士说，对冷冻切片的检查需要大约半个小时，时间太长，无法用于检查多个样本和指导手术。

　　Santagata说:“这个新工具能够在几秒钟内识别和分类神经胶质瘤和脑膜瘤肿瘤，并识别肿瘤的等级。”“它能够建立与病理学提供的相同类型的评估，但速度与手术兼容。”

　　外科医生在手术中从患者身上取出32个标本，随后用新工具和标准病理学方法对其进行分析，以检验其准确性。库克斯说，患者样本的结果与标准病理学非常吻合。

　　该工具依赖于库克斯和他的同事开发的一种环境质谱分析技术，称为解吸电喷雾电离(DESI)。

　　质谱法的工作原理是首先将分子转化为离子，或其带电的形式，这样就可以通过它们的质量来识别它们。通过离子的质量分析，可以鉴定样品的含量。

　　传统的质谱分析需要化学分离、样品操作和真空室电离和分析。DESI技术通过直接在质谱仪外的表面上执行电离步骤，消除了这些要求，使过程更简单，更快，更适用于手术环境。

　　研究人员使用DESI来评估脑组织中被称为脂质的脂肪物质的分布和数量。该团队随后开发了一个软件程序，利用这些结果来描述脑肿瘤的特征，并检测健康组织和癌组织之间的界限。研究人员通过早期对储存的脑肿瘤组织的研究，确定了与不同类型和级别的癌症以及肿瘤细胞浓度相对应的脂质模式。

　　利维娅·埃伯林(Livia Eberlin)是普渡大学(Purdue)的一名研究生，参与了这项研究。她说，在研究之前，研究小组通过增加脑膜瘤肿瘤类型，扩大并改进了脑癌的分类系统。

　　“分类器包括两种最常见的脑肿瘤，胶质瘤和脑膜瘤，这两种肿瘤加起来约占所有脑肿瘤的65%，”埃伯林说，他现在是斯坦福大学的博士后研究员。“从这种成像技术中获得的分子信息允许进行比其他技术更详细的分析。我们希望有一天它能帮助每年成千上万的脑癌患者。”

　　存储组织验证研究中脑肿瘤类型的分类结果与标准病理学方法100%一致。研究人员发现，尽管手术样本的复杂性和异质性，但手术期间从患者身上采集的样本的质谱分析结果与病理学一致，只有极少数例外。Eberlin说，从单个肿瘤的不同区域采集的样本组成可能不同，肿瘤细胞浓度尤其多变。

　　库克斯说，研究小组计划继续增加和改进分类软件，并开发一种可以在手术中使用的微型质谱仪。研究小组还将继续研究癌变组织的分子模式。

　　库克斯说:“环境电离质谱法使我们能够像外科医生一样直接观察未经处理的组织，并获得简单但极有价值的分子信息。”“这些分子不仅在帮助诊断方面有一个故事，而且可能在预后和我们对这种毁灭性疾病的理解方面也有一个故事。”

　　琼脂说，布里格姆妇女医院已经在AMIGO套件中安装了一台质谱仪，并计划开始测试在手术中检测脑癌和乳腺癌边缘的方法。