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《科学》子刊:“皮皮虾眼摄像头”让癌细胞无处逃!科学家模仿皮皮虾眼睛成像原理,开发手术中精准区分癌组织的摄像头,准确度接近90%

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奇点网 2021-05-08 00:13
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人的能力是有极限的,所以我不做人……抱歉,刷了一晚上动画隔夜就容易串词儿,不过在奇点糕看来,承认局限性并且不断提升,正是现代医学最可贵的特质。

比如给癌症患者做手术之前,医生不会保证说“100%能切掉所有癌细胞”,这就是承认局限性。但借助最新的技术,医生们可以向这个方向努力,从而尽量降低手术后患者的复发转移风险。

最近美国伊利诺伊大学的研发团队,就搞出了一套能够在手术中实时标记癌灶,指引医生进行切除的新型摄像头,而这套系统的灵感,竟然是来自海边人民的老朋友——皮皮虾,对,就是那个身子贼小,力气贼大的家伙。

皮皮虾上期刊封面,排面啊

(图片来源:Science Translational Medicine)

皮皮虾的眼睛能感知至少12种颜色,比人类眼睛只能识别三原色强多了,研究团队就模仿这种原理开发了新型摄像头,配合现有的荧光染色剂,在手术中区分癌组织和正常组织的准确性接近90%!研究发表在《科学·转化医学》上[1]。

把肿瘤彻底切干净,很多时候真的是个可望而不可即的目标,比如头颈鳞状细胞癌,切除这个部位的肿瘤很容易束手束脚,文献统计的不完全切除率平均也有13%[2],这肯定会增加术后复发的风险。

如果说肿瘤部位是客观局限性,那肿瘤周围的微小病灶不容易切净,就是主观局限性问题了,不是医生不想切,而是肉眼实在看不到啊,所以才要连带着切除周围一些看起来正常的组织。

但即使如此,肿瘤靠着“残余势力”卷土重来,也还是相当常见的情况,有研究显示1/5的英国乳腺癌患者需要再次手术[3]。医生们倒是很早就想到用荧光染色法来精准标记肿瘤,但真到了手术台上,这一招的使用率却相当低。

理想状态下的荧光染色指导手术是这样,但现实往往做不到

(图片来源:PloS One)

制约荧光染色使用的一大原因,就是现有的摄像头或内窥镜还不够好。医生在人体内做手术,往往是需要照明光源辅助观察的,这种光线较强的光源一开,微弱的荧光标记就被淹没了,不能给医生实时显示被标记部位的切除情况

摄像头都捕捉不到荧光标记,就更别说是人眼了,有读者可能会问,现在手机摄像头进步这么快,技术不能移植过来?本次研究的通讯作者,伊利诺伊大学的Viktor Gruev教授说了,“医生不在乎照片拍得有多美,手机那套技术真不适用”。

所以研究团队开发新型摄像头,才会从眼睛能感知多种颜色的皮皮虾身上找灵感,一方面是为了捕捉荧光示踪剂的信号,另一方面感知多种颜色,就意味着医生可以尝试同时用多种示踪剂标记不同的Biomarker,更好地针对微小转移灶。

皮皮虾的眼睛这几年也是仿生研究热点

(图片来源:伊利诺伊大学)

为了实用起见,摄像头只需要接收三原色以及三种近红外光,但这也足够在小鼠前列腺癌的模型中,配合荧光染色剂碾压市面上的现有产品了,“皮皮虾摄像头”的识别准确性(AUC)为0.92,而FDA批准的几款产品AUC只有0.75左右

而初步的临床实战验证,研究团队则选择了早期乳腺癌的前哨淋巴结检查,在真实手术室器械、光源和操作状态下,“皮皮虾摄像头”仍然能准确提供实时识别,不会对医生的手术过程带来干扰,而识别的准确率也高达88%

多加一个摄像头不会干扰手术过程,对前哨淋巴结(图C、D)中亮光也有很好的识别效果

研究团队表示,这套摄像头系统也完全可以移植到内镜手术中使用,医生只要通过培训熟练掌握操作,就不会对现有手术流程产生影响,而准确识别疑似癌组织和微小病灶的好处,谁干外科谁知道啊。

参考资料:

1.Blair S, Garcia M, Davis T, et al. Hexachromatic bioinspired camera for image-guided cancer surgery[J]. Science Translational Medicine, 2021, 13(592): eaaw7067.

2.Genders R E, Marsidi N, Michi M, et al. Incomplete Excision of Cutaneous Squamous Cell Carcinoma; Systematic Review of the Literature[J]. Acta Dermato-Venereologica, 2020, 100(6-7): 1-8.

3.Jeevan R, Cromwell D A, Trivella M, et al. Reoperation rates after breast conserving surgery for breast cancer among women in England: retrospective study of hospital episode statistics[J]. BMJ, 2012, 345.

头图来源:维基百科


本文作者 | 谭硕

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