Клеточные особенности, используемые для диагностики определенных заболеваний, часто слишком малы, чтобы их можно было увидеть в стандартный световой микроскоп. В то время как сканирующие электронные микроскопы (СЭМ) могут увеличивать объекты до 10 миллионов раз, выявляя даже субатомные частицы с мельчайшими деталями, миллионы увеличения также обходятся в миллионы, что делает диагностику с помощью СЭМ чрезвычайно дорогостоящей.«Мы можем использовать патологию расширения, чтобы вывести обычные световые микроскопы за пределы их нынешних ограничений, что может иметь важное применение в диагностической патологии», — сказал со-ведущий автор исследования Октавиан Букур, доктор медицинских наук, из отдела патологии и научно-исследовательского института рака. в BIDMC, который также является исследователем онкологического центра Людвига. «Мы пытаемся заменить электронный микроскоп — дорогостоящую технологию, требующую специальной подготовки — в диагностике заболеваний».
«Мы можем применить этот метод к любому типу клинического образца и ко всем типам человеческих тканей, включая нормальные и раковые ткани», — сказал со-ведущий автор Юнсинь Чжао, доктор философии из Media Lab Массачусетского технологического института.В 2015 году исследователи Массачусетского технологического института во главе с соавтором исследования Эдвардом Бойденом, доктором философии, адъюнкт-профессором кафедры биологической инженерии, мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института, разработали средства расширения клеток и ткани мозга мыши, чтобы внутренние клетки особенности могут быть просмотрены под обычным световым микроскопом, который есть в большинстве лабораторий. Команда внедрила в биологические материалы полимер, который равномерно набухает при смешивании с водой, подобно впитывающему материалу внутри детских подгузников.«Если вы можете расширить ткань в сто раз в объеме, при прочих равных условиях, вы получите в 100 раз больше информации», — сказал Бойден, который также является членом Media Lab Массачусетского технологического института и Института исследований мозга Макговерна. . «Теперь вы можете ставить диагноз без электронного микроскопа.
Это можно сделать с помощью нескольких химикатов и светового микроскопа».В данной статье Букур, Чжао и его коллеги, в том числе старший автор Эндрю Бек, доктор медицины, доктор философии, ранее работавший как в BIDMC, так и в Ludwig Cancer Research, оптимизировали методику для клинических образцов и диагностических целей человека. Помимо тестирования техники на здоровых и злокачественных тканях груди, простаты, легких, толстой кишки, поджелудочной железы, почек, печени и яичников, команда создала математическую модель, основанную на морфологических характеристиках ядер клеток, чтобы лучше различать ранние и предраковые заболевания. поражения с высокой вероятностью прогрессирования до рака и с меньшей вероятностью прогрессирования до болезни.
«ExPath улучшил компьютерную диагностику патологии этих заведомо трудноразличимых поражений», — сказал исследователь и соавтор исследования BIDMC Хумаюн Иршад, доктор философии.«Мы показали, что расширение может помочь нам лучше классифицировать с помощью вычислений эти ранние поражения груди», — сказал Букур. «Помощь врачам в различении поражений с высоким и низким риском раковой трансформации может означать меньшее количество ненужных процедур для пациентов с низким риском и более ранние вмешательства для тех, кто находится в группе высокого риска».
В другом эксперименте исследователи продемонстрировали, что ExPath можно использовать для надежной диагностики болезни с минимальными изменениями почек (MCD) без использования электронного микроскопа. MCD диагностируется на основании характерных подоцитов, удлинения клетки обычно слишком малы, чтобы их можно было увидеть в световой микроскоп.
Но как только исследователи расширили образцы тканей с помощью новой техники, они смогли увидеть явные признаки болезни с помощью недорогого обычного микроскопа.