فناوری پلت فرم جدید شکاف بین تجزیه و تحلیل میکروسکوپی و تصویربرداری چندگانه را پر می کند

محققان مرکز لودویگ در هاروارد فناوری پلتفرمی را برای تصویربرداری توسعه داده‌اند که روش‌های آنالیز میکروسکوپی را که مدت‌ها در آزمایشگاه‌های آسیب‌شناسی به کار می‌رفتند با تجسم نشانگرهای مولکولی متعدد در سلول‌های منفرد را امکان‌پذیر می‌سازد که اکنون به سرعت در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در حال پیشرفت است. قابلیت دوم که به عنوان تصویربرداری “مولتی پلکس” شناخته می شود، نوید انقلابی در تشخیص سرطان با افشای ویژگی های مولکولی مرتبط با مواردی مانند تهاجمی بودن سرطان یا آسیب پذیری احتمالی آن در برابر درمان را می دهد. با این حال، تا حد زیادی محدود به آزمایشگاه‌های آکادمیک باقی مانده است، زیرا روش‌های آن با فرآیندهای استاندارد پردازش بافت و رنگ‌آمیزی که برای تشخیص در آسیب‌شناسی بالینی استفاده می‌شوند ناسازگار است.

در شماره جاری از سرطان طبیعتمحققان به رهبری ساندرو سانتاگاتا از لودویگ هاروارد، پیتر سورگر، جیا-رن لین و یو-آن چن از توسعه پلت فرمی به نام Orion خبر دادند که این جهان های موازی تجزیه و تحلیل میکروسکوپی را پل می کند. آنها همچنین این پلت فرم را تأیید می کنند و استفاده از آن توسط متخصصان انسانی و الگوریتم های هوش مصنوعی را در شناسایی ویژگی های سلولی و مولکولی در تومورها نشان می دهند که بقای بدون پیشرفت بیماران سرطان روده بزرگ را پیش بینی می کند.

همه اینها به این نتیجه می رسد که Orion ابزاری است که برای استفاده عملی در محیط های بالینی واقعی طراحی شده است. در حالی که این پلتفرم مطمئناً می تواند به تحقیقات اولیه سرطان کمک کند، تمرکز اصلی آن افزایش تشخیص بیماری های انسانی است. این هدف ما از ابتدا بوده است.”

ساندرو سانتاگاتا، مرکز لودویگ در هاروارد

آسیب شناسی بالینی بر تجزیه و تحلیل میکروسکوپی بافت های تعبیه شده در موم تکیه می کند که به نوارهایی در حدود یک پانزدهم عرض یک موی انسان بریده شده و با هماتوکسیلین و ائوزین (H&E) رنگ آمیزی شده است تا مورفولوژی ظریف سلول ها را نشان دهد. امروزه، محققان به طور فزاینده ای از یادگیری ماشین و الگوریتم های هوش مصنوعی برای تصاویر صورتی و بنفش بافت های رنگ آمیزی شده با H&E استفاده می کنند. چنین کاری – که با توانایی استخراج از میلیون‌ها تصویر و نمونه آرشیو H&E غنی‌تر می‌شود – الگوهایی را شناسایی می‌کند که به آسانی برای چشم انسان قابل مشاهده نیستند و اطلاعاتی را آشکار می‌کنند که می‌تواند به بهبود تشخیص و مدیریت درمان سرطان کمک کند.

در همین حال، استفاده از آنتی‌بادی‌ها برای گرفتن ویژگی‌های مولکولی تومورها در چهار دهه گذشته به سرعت تکامل یافته است و اکنون برای تشخیص سرطان ضروری است. اخیراً، محققان شروع به اعمال همزمان تعداد زیادی آنتی بادی در بافت‌ها کرده‌اند و تصاویر «ایمونوفلورسانس» ایجاد شده از این طریق را به بیان ژن در سلول‌ها پیوند می‌دهند تا پرتره‌هایی با بافت غنی از تومورها ایجاد کنند.

سانتاگاتا توضیح داد: «با اطلاعات مولکولی که جمع‌آوری می‌کنیم، می‌توانیم انواع سلول‌های متمایز را شناسایی کنیم، وضعیت فعلی آن‌ها را تعیین کنیم، سلول‌های همسایه‌شان را درک کنیم و نحوه تعامل آنها برای تقویت رشد تومور را ارزیابی کنیم.»

با این حال، چند مسئله، کاربرد تصویربرداری مالتی پلکس را در کلینیک محدود کرده است. اولاً، روش‌های آن به‌طور کلی اجازه ارزیابی کل اسلایدها را نمی‌دهند؛ یک نیاز تشخیص بالینی. آنها همچنین با میکروسکوپ H&E، که وظیفه آسیب شناسی بالینی است، سازگار نیستند.

سانتاگاتا گفت: «پلتفرم ما راه را برای پل زدن دامنه‌های تشخیص H&E و تصویربرداری بافت چندگانه هموار می‌کند. ما تکنیک‌هایی را برای ترکیب تصاویر آنتی‌بادی چندگانه با رنگ‌آمیزی H&E از همان بخش بافت ایجاد کرده‌ایم که امکان ادغام اطلاعات از هر منبع را در نمای جامع در کل اسلاید فراهم می‌کند.»

تیم لودویگ هاروارد با استارت آپی به نام RareCyte در سیاتل، WA، شریک شد و علاوه بر این از حمایت پروژه اطلس تومور لودویگ و کمک هزینه تحقیقات نوآوری کسب و کارهای کوچک از موسسه ملی سرطان برای توسعه یک میکروسکوپ و فرآیندهای جدید در قلب شکارچی استفاده کرد. سکو.

برای آزمایش این پلتفرم، محققان نمونه‌های سرطان کولورکتال 40 بیمار را برای یافتن ویژگی‌های مولکولی که بیشترین ارتباط را با پیامدهای بد دارند، تجزیه و تحلیل کردند. آنها با غربال کردن 15000 ترکیب بیومارکر، آنهایی را شناسایی کردند که بیشترین ارتباط را با پیش آگهی بیمار داشتند و آنها را روی نمونه هایی از 34 بیمار سرطان روده بزرگ که نتایج آنها مشخص بود، به کار بردند. محققان نشان می‌دهند که نشانگرهای زیستی آن‌ها با دقت بالا (فقط 1 در 20 احتمال اشتباه بودن) احتمال پیش‌آگهی ضعیف را پیش‌بینی می‌کنند.

قابل توجه، ترکیب تصویربرداری مالتی پلکس و H&E روابط بین نشانگرهای مولکولی، مورفولوژی سلولی و توپوگرافی تومور را که روشن‌کننده بودند نشان داد. یکی از این یافته ها نشان داد که التهاب – یا فعالیت ایمنی – در لبه تومور از اهمیت پاتولوژیک برخوردار است. دیگری اساس مولکولی مورفولوژی بافت مرتبط با تمایل به متاستاز را نشان داد.

سانتاگاتا توضیح داد: “سلول های سرطانی معمولاً با هم در صفحات رشد می کنند، اما گاهی اوقات توانایی خود را برای چسبیدن به هم از دست می دهند و در نتیجه خوشه های تکه تکه آزاد می شوند. نقص در دستگاه چسبندگی سلولی می تواند سلول های سرطانی را تهاجمی تر کند.” “در طول تجزیه و تحلیل ما، ما دیدیم که نشانگر مهم چسبندگی سلولی در تومورهایی که ویژگی‌های تهاجمی را نشان می‌دهند کاهش یافته است و این کاهش با پیامدهای نامطلوب همراه بود.”

اکنون محققان قصد دارند به ایجاد اثبات مفهوم برای پلتفرم خود ادامه دهند و نشانگرهایی مانند پاسخ درمانی و مقاومت را بررسی کنند. در نهایت، اکتشافات انجام شده با استفاده از Orion باید در آزمایش‌های بالینی بزرگ تأیید شوند.

سانتاگاتا گفت: “چشم انداز ترکیب ابزارهای تصویربرداری پیشرفته با قدرت بالا برای تجزیه و تحلیل نمونه های بالینی معمولی بسیار هیجان انگیز است.” این نوید می دهد که دانش زیادی را در مورد بافت های سرطانی باز کند.”