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為患有癌癥的患者設(shè)計(jì)最佳治療方法需要醫(yī)生了解患者所患癌癥的特征。但治療癌癥的最大困難之一是癌癥細(xì)胞并非完全相同。即使在同一腫瘤內(nèi)，癌細(xì)胞的遺傳，行為和對(duì)化療藥物的易感性也會(huì)不同。

癌細(xì)胞通常比健康細(xì)胞具有更高的代謝活性，并且可以通過(guò)分析其代謝活性來(lái)收集對(duì)癌細(xì)胞行為的一些見解。但是，研究人員很難準(zhǔn)確評(píng)估這些特征。已經(jīng)使用了幾種方法，包括位置發(fā)射斷層掃描(或PET)掃描，熒光染料和對(duì)比，但是每種方法都具有限制其有用性的缺點(diǎn)。

加州理工學(xué)院的Lihong Wang認(rèn)為，通過(guò)使用光聲顯微鏡(PAM)可以做得更好，這是一種激光在樣品中引起超聲波振動(dòng)的技術(shù)。這些振動(dòng)可用于成像細(xì)胞，血管和組織。

Wang，Bren醫(yī)學(xué)工程和電氣工程教授正在與德克薩斯A&M大學(xué)的Jun Zou教授合作，利用PAM改進(jìn)現(xiàn)有的測(cè)量氧耗率(OCR)的技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)需要許多癌細(xì)胞，并將它們分別放入充滿血液的個(gè)體“小房間”。具有較高代謝的細(xì)胞將消耗更多氧氣并降低血氧水平，這一過(guò)程由放置在每個(gè)小室內(nèi)的微小氧氣傳感器監(jiān)測(cè)。

像前面提到的那樣，這種方法有缺點(diǎn)。為了獲得有意義的癌細(xì)胞代謝數(shù)據(jù)樣本量，研究人員需要將數(shù)千個(gè)傳感器嵌入網(wǎng)格中。另外，在小房間內(nèi)存在傳感器可以改變細(xì)胞的代謝率，導(dǎo)致收集的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

Wang的改進(jìn)版本取消了氧氣傳感器，而是使用PAM來(lái)測(cè)量每個(gè)小時(shí)的氧氣水平。他用激光調(diào)制到血液中的血紅蛋白吸收并轉(zhuǎn)換成振動(dòng)能量 - 聲音的波長(zhǎng)。隨著血紅蛋白分子氧合，其吸收該波長(zhǎng)的光的能力發(fā)生變化。因此，Wang能夠通過(guò)“聆聽”激光照射時(shí)產(chǎn)生的聲音來(lái)確定血液樣本的含氧量。他稱之為單細(xì)胞代謝光聲顯微鏡或SCM-PAM。

在一篇新論文中，Wang和他的合著者表明，SCM-PAM代表了評(píng)估癌細(xì)胞OCR能力的巨大進(jìn)步。使用單獨(dú)的氧傳感器測(cè)量OCR有限的研究人員每15分鐘分析大約30個(gè)癌細(xì)胞。Wang的SCM-PAM將其提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，并允許研究人員在大約15分鐘內(nèi)分析大約3,000個(gè)細(xì)胞。

“我們有技術(shù)可以進(jìn)一步提高吞吐量，我們希望這項(xiàng)新技術(shù)可以很快幫助醫(yī)生做出有關(guān)癌癥預(yù)后和治療的明智決策，”Wang說(shuō)。