據(jù)國外媒體報道，美國加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的工程師們近日研制出了一款世界上最快速的相機(jī)，可用于探測難以捉摸的“流氓”癌細(xì)胞。這一科研成果的研究報告發(fā)表在了最新一期的《美國國家科學(xué)院院刊》上。
從大量各類正常細(xì)胞中識別和分離出一些罕見細(xì)胞對于某些疾病的早期發(fā)現(xiàn)、監(jiān)測和治療來說正在變得越來越重要。這些罕見細(xì)胞中，在體內(nèi)自由移動的癌細(xì)胞就是一個很好的例子。通常情況下，在10億個健康細(xì)胞中也只有一小撮癌細(xì)胞，然而它們會搶先轉(zhuǎn)移，癌細(xì)胞擴(kuò)散導(dǎo)致癌癥患者的死亡率高達(dá)約90%。這樣的“流氓”細(xì)胞除了癌細(xì)胞以外，還包括用于再生醫(yī)學(xué)的干細(xì)胞及其它類型的細(xì)胞。不幸的是，檢測這樣的細(xì)胞是很困難的。要取得良好的統(tǒng)計準(zhǔn)確性需要一臺自動化、高通量的儀器，可以在相當(dāng)短的時間內(nèi)對數(shù)以百萬計的細(xì)胞進(jìn)行檢測。配備了數(shù)碼相機(jī)的顯微鏡是目前分析細(xì)胞的唯一設(shè)備，但是該設(shè)備對于這項研究來說速度顯得太慢了。
現(xiàn)在，美國加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的工程師們開發(fā)了一種全新的光學(xué)顯微鏡，可以讓這項艱巨的任務(wù)變得輕松許多。加州大學(xué)洛杉磯分校電氣工程學(xué)院的工程師巴赫拉姆?賈拉利(Bahram Jalali)說：“為了抓拍到這些難以捉摸的細(xì)胞，相機(jī)必須具備在非常高的幀速率下持續(xù)捕獲并對數(shù)百萬張圖像進(jìn)行數(shù)字化處理的能力。傳統(tǒng)的CCD和 CMOS攝像頭達(dá)不到這樣的速度和靈敏度，因為從像素陣列讀取數(shù)據(jù)需要時間，它們在速度極快的情況下對光變得不那么敏感?！?
目前的流式細(xì)胞儀具有較高的通量，但是因為它依靠單點的光散射而不是拍照，在檢測非常罕見的細(xì)胞類型時還不夠靈敏，比如對于那些目前處于早期階段或癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移前的癌癥患者不適用。為了克服這些限制，巴赫拉姆?賈拉利和UCLA的的生物工程學(xué)副教授迪諾?迪?卡羅( Dino Di Carlo)領(lǐng)導(dǎo)的一個包括生物技術(shù)、光學(xué)、高速電子和微流體的跨學(xué)科研究團(tuán)隊開發(fā)出了高通量流式光學(xué)顯微鏡，這款顯微鏡非常靈敏，具備實時探測含量為百萬分之一的罕見細(xì)胞的能力。
賈拉利的團(tuán)隊以他們在2009年創(chuàng)建的光子時間飛梭相機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，研制出了世界上最快的連續(xù)運行的相機(jī)。賈拉利、迪?卡羅和他們的同事在報告中描述了他們?nèi)绾螌⑦@臺相機(jī)與先進(jìn)的微流體和實時圖像處理技術(shù)進(jìn)行整合，以對血液樣本中的細(xì)胞進(jìn)行分類。新的血液篩查技術(shù)每秒可篩查10萬個細(xì)胞，比傳統(tǒng)的基于成像的血液分析儀高出約100倍的通量。迪?卡羅說：“這項科研成果需要與一些尖端技術(shù)進(jìn)行整合，通過生物工程部門、電氣工程部門和加州納米技術(shù)研究院的合作，并采用了UCLA細(xì)胞診斷學(xué)部門開發(fā)的重要的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施?！辟Z拉利和迪?卡羅均是加州大學(xué)洛杉磯分校的加州納米技術(shù)研究院的成員。
他們的研究演示了如何實時辨別血液中罕見的乳腺癌癌細(xì)胞。初步結(jié)果表明，這種新技術(shù)有可能迅速地在大量血液中檢測到極稀少的循環(huán)癌細(xì)胞，并將提高癌癥早期檢測、監(jiān)測藥物和放射治療的效率。加州大學(xué)洛杉磯分校的電氣工程和生物工程的項目經(jīng)理本田惠介 (Keisuke Goda)說：“這項技術(shù)可以大大減少錯誤，并將降低醫(yī)療診斷成本。”
研究人員通過將實驗室生長的癌細(xì)胞與模擬現(xiàn)實生活中的病人的不同比例的血液進(jìn)行混合得到了檢測結(jié)果。加州納米技術(shù)研究院的一名成員格達(dá)(Goda)說：“為了進(jìn)一步驗證該技術(shù)的臨床應(yīng)用效果，我們目前正在與臨床醫(yī)生合作進(jìn)行臨床試驗。這項技術(shù)也將可能用于進(jìn)行尿液分析、水質(zhì)監(jiān)測和相關(guān)的應(yīng)用?！?
