由Stephen Boppart教授领导的伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的一个研究小组成功地将人乳房组织的肿瘤微环境可视化，这是在手术室中从患者手术切除后不久。研究人员使用Boppart实验室开发的新型便携式光学成像系统实现了这一目标。

这项工作在12月19日在线发表在Science Advances上的一篇论文中得到了报道，标志着向癌症研究人员提供了一种跟踪肿瘤进展的新工具和医生组织病理学和诊断新技术的重要一步。

通常，诊断癌症的过程需要几天时间。外科医生首先移除组织样本，然后用化学染料处理;之后，将样本送到病理学家进行检查和随后的诊断。

“我们相信捕获新鲜移植或活检组织标本中的动态细胞和分子特征包含有价值的诊断和预后信息，当样本被放置在固定剂中并且基本上被快速杀死以保存结构时，这些信息目前丢失，”Boppart说。他还是伊利诺伊州贝克曼高级科学与技术研究所的教员，以及电气与计算机工程(ECE)和卡尔伊利诺伊医学院的教授。“我们的成像平台和方法使我们能够在程序点实时提取这些新信息。”

Boppart的便携式光学成像系统使用精确的光脉冲以四种方式同时对组织成像，使他的团队能够研究构成肿瘤微环境的细胞和组织内的并发过程。例如，胶原纤维呈绿色;弹性蛋白纤维和含黄素腺嘌呤二核苷酸的细胞质呈黄色;细胞膜，脂质边界和细胞外囊泡(EV)以洋红色出现;细胞和脂质中的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸以青色出现。

该团队在乳腺癌手术期间证实了他们在卡尔基金会医院手术室的成像系统的可行性。在提取病变组织的30分钟内，研究人员能够识别特定的组织特征，包括与构成肿瘤微环境的单个细胞内的代谢活动相关的分子特征。

研究人员还对测量肿瘤相关的细胞外囊泡(EVs)感兴趣，这些细胞外囊泡已知会促进癌症的扩散。

“电动汽车确实在癌症发展过程中起着至关重要的作用，”该研究论文的第一作者，ECE研究生Yi“Edwin”Sun说。“量化EV密度可能会成为未来癌症诊断的潜在生物标志物。”

作为他们研究的一部分，他们还收集并成像了外科医生在减少乳房的过程中从无癌患者身上移除的健康乳房组织。

在两种类型组织的比较中，他们发现癌组织和健康组织之间的EV密度存在明显差异。例如，癌组织表现出增加的EV密度并且具有较短的肿瘤与边缘距离。

“我们观察到的关于细胞外囊泡的意义重大，但只能用我们的新系统准确确定，”Sun说，并指出在手术室中部署的其他便携式光学成像系统如何都用荧光染料或有毒紫外线改变组织样本光。“我们的成像技术与当前的癌症治疗程序配合良好，并且没有任何形式的扰动。”

根据Boppart的说法，该团队的未来计划包括将成像系统应用于通过针头活组织检查程序获得的组织样本，这些程序通常在门诊环境中进行。他们还将继续在手术室的样本上使用该系统。

该成像系统在论文中描述，“通过无标记非线性成像对肿瘤微环境进行术中可视化和细胞外囊泡的定量”，该文章于2018年12月19日在线发表。