Un'immagine scansionata di una griglia contenente una cellula cancerosa e del sangue all'interno di ciascuna casella colorata. Il colore delle caselle indica la quantità di ossigeno disciolto nel sangue. Credito:Caltech
L'elaborazione del miglior trattamento per un paziente con cancro richiede che i medici conoscano qualcosa sui tratti del cancro di cui soffre il paziente. Ma una delle maggiori difficoltà nel trattamento del cancro è che le cellule cancerose non sono tutte uguali. Anche all'interno dello stesso tumore, le cellule tumorali possono differire nella loro genetica, comportamento, e suscettibilità ai farmaci chemioterapici.
Le cellule cancerose sono generalmente molto più attive metabolicamente delle cellule sane, e alcune informazioni sul comportamento di una cellula cancerosa possono essere raccolte analizzando la sua attività metabolica. Ma ottenere una valutazione accurata di queste caratteristiche si è rivelato difficile per i ricercatori. Diversi metodi, comprese le scansioni di tomografia a emissione di posizione (o PET), coloranti fluorescenti, e contrasti sono stati usati, ma ognuno ha degli inconvenienti che ne limitano l'utilità.
Lihong Wang di Caltech crede di poter fare di meglio attraverso l'uso della microscopia fotoacustica (PAM), una tecnica in cui la luce laser induce vibrazioni ultrasoniche in un campione. Queste vibrazioni possono essere utilizzate per visualizzare le cellule, vasi sanguigni, e tessuti.
Wang, Bren Professore di Ingegneria Medica e Ingegneria Elettrica, sta utilizzando PAM per migliorare una tecnologia esistente per misurare il tasso di consumo di ossigeno (OCR) in collaborazione con il professor Jun Zou della Texas A&M University. Quella tecnologia esistente prende molte cellule cancerose e le colloca ciascuna in singoli "cubbies" pieni di sangue. Le cellule con un metabolismo più elevato utilizzeranno più ossigeno e abbasseranno il livello di ossigeno nel sangue, un processo che viene monitorato da un minuscolo sensore di ossigeno posto all'interno di ogni cubby.
L'apparato di microscopia fotoacustica utilizzato per l'imaging dei tassi metabolici delle cellule tumorali. Credito:Caltech
Questo metodo, come quelli già citati, ha debolezze. Per ottenere una dimensione significativa del campione di dati metabolici per le cellule tumorali sarebbe necessario che i ricercatori incorporino migliaia di sensori in una griglia. Inoltre, la presenza dei sensori all'interno dei cubbies può alterare i tassi metabolici delle cellule, rendendo i dati raccolti inesatti.
La versione migliorata di Wang elimina i sensori di ossigeno e utilizza invece PAM per misurare il livello di ossigeno in ogni cubby. Lo fa con la luce laser sintonizzata su una lunghezza d'onda che l'emoglobina nel sangue assorbe e converte in energia vibrazionale:suono. Quando una molecola di emoglobina si ossigena, la sua capacità di assorbire la luce a quella lunghezza d'onda cambia. Così, Wang è in grado di determinare quanto è ossigenato un campione di sangue "ascoltando" il suono che emette quando viene illuminato dal laser. Egli chiama questa microscopia fotoacustica metabolica unicellulare, o SCM-PAM.
In un nuovo documento, Wang ei suoi coautori mostrano che SCM-PAM rappresenta un enorme miglioramento nella capacità di valutare l'OCR delle cellule tumorali. L'utilizzo di sensori di ossigeno individuali per misurare l'OCR ha limitato i ricercatori ad analizzare circa 30 cellule tumorali ogni 15 minuti. L'SCM-PAM di Wang lo migliora di due ordini di grandezza e consente ai ricercatori di analizzare circa 3, 000 cellule in circa 15 minuti.
"Abbiamo tecniche per migliorare ulteriormente il throughput per ordini di grandezza, e speriamo che questa nuova tecnologia possa presto aiutare i medici a prendere decisioni informate sulla prognosi e sulla terapia del cancro, "dice Wang.
La carta, intitolato, "Microscopia fotoacustica a cellula singola ad alta produttività senza etichetta dell'eterogeneità metabolica intratumorale, " è stato pubblicato online da Ingegneria biomedica della natura il 1 aprile
