نظام تصوير فائق الحساسية يرصد السرطان في مراحله المبكرة

طور العلماء نظاما تصويريا جديدا عالي الحساسية، قادر على التمييز بين الأنسجة السرطانية والخلايا السليمة من خلال التقاط إشارات ضوئية ضعيفة للغاية تعجز الأدوات الحالية عن رصدها.

تعتمد هذه التقنية على جسيمات نانوية ترتبط بعلامات خاصة على الخلايا السرطانية، ما يجعل المناطق المصابة أكثر وضوحا، وقد أظهرت النتائج أن هذا النظام أكثر حساسية بكثير من التقنيات المتوفرة حاليا، وقد يسهم في تسريع فحوصات السرطان والكشف المبكر عن الأورام وتقليل فترات التأخير في التشخيص.

نجح الباحثون في تطوير نظام تصوير رامان مدمج، يمكنه التفرقة بدقة بين الأنسجة السرطانية والأنسجة الطبيعية، ويمثل هذا النهج خطوة مهمة نحو دعم الكشف المبكر عن السرطان، ونقل أدوات التصوير الجزيئي المتقدمة من المختبرات البحثية إلى بيئات سريرية أكثر عملية.

صمم نظام التصوير لرصد إشارات شديدة الضعف، صادرة عن جسيمات نانوية تعتمد على تشتت رامان المعزز سطحيا، وقد جرى تصميم هذه الجسيمات للارتباط بعلامات الأورام، وعند تطبيقها على العينة أو المنطقة المراد فحصها يقرأ النظام إشارات رامان الخاصة بها، ويحدد تلقائيا المناطق الأكثر احتمالا لاحتوائها على نسيج ورمي.

وأوضح قائد الفريق البحثي تشن تشيو من معهد علوم وهندسة الصحة الكمية بجامعة ولاية ميشيجان أن الطرق التقليدية لتشخيص السرطان تستغرق وقتا طويلا وتتطلب جهدا كبيرا، لأنها تعتمد على صبغ عينات الأنسجة وفحصها بواسطة أخصائي علم الأمراض، وأشار إلى أن هذا النظام لن يحل محل علم الأمراض مباشرة، لكنه قد يعمل كأداة فحص سريعة تسرع عملية التشخيص.

أظهرت النتائج المنشورة في مجلة Optica أن النظام الجديد قادر على التمييز بين الخلايا السرطانية والسليمة، مع التقاط إشارات رامان أضعف بنحو أربع مرات مقارنة بأي نظام تجاري مماثل، ويعود هذا التحسن الكبير في الحساسية إلى الجمع بين ليزر متغير الطول الموجي أثناء التحليل، وكاشف فائق الحساسية يعرف باسم كاشف الأسلاك النانوية فائقة التوصيل أحادية الفوتون.

وأشار تشيو إلى أن هذه التقنية قد تتيح مستقبلا تطوير أجهزة محمولة أو أدوات تستخدم أثناء العمليات الجراحية، تسمح للأطباء باكتشاف السرطان في مراحل أبكر، وتحسين دقة أخذ الخزعات ومتابعة تطور المرض بطرق أقل تدخلا، ما قد يؤدي في النهاية إلى تحسين نتائج المرضى وتسريع الانتقال من الاكتشاف إلى العلاج.

يركز مختبر تشيو على دراسة كيفية استخدام كواشف الأسلاك النانوية فائقة التوصيل لتعزيز مجموعة واسعة من تقنيات التصوير، إذ تعتمد هذه الكواشف على أسلاك فائقة التوصيل قادرة على رصد جسيمات الضوء الفردية، ما يسمح بالتقاط إشارات ضوئية شديدة الضعف بسرعة عالية مع تقليل الضوضاء الخلفية إلى أدنى حد.

كان الهدف من هذا المشروع بناء منصة قادرة على قياس إشارات رامان أضعف بكثير من تلك التي تلتقطها أنظمة رامان التقليدية، إذ يعتمد تصوير رامان على رسم الخريطة الكيميائية للعينة من خلال بصمات التشتت الضوئي الفريدة لجزيئاتها، ويمكن تعزيز هذه الإشارات باستخدام الجسيمات النانوية المعززة سطحيا.

وأوضح تشيو أن دمج هذا الكاشف المتقدم مع بنية رامان ذات مصدر ليزري متغير، استبدلت الكاميرا الضخمة التقليدية وجمعت الضوء بكفاءة أعلى، ما أسفر عن نظام يتمتع بحد كشف يتجاوز بكثير الأنظمة التجارية المتاحة، كما أن التصميم المدمج والربط بالألياف الضوئية يسهلان تصغير النظام ونقله مستقبلا إلى الاستخدام السريري.

لاختبار النظام استخدم الفريق جسيمات نانوية معززة سطحيا ومغطاة بحمض الهيالورونيك، ما مكنها من الارتباط ببروتين CD44 الموجود على سطح العديد من الخلايا السرطانية، وأظهرت التجارب الأولية على محاليل بسيطة من الجسيمات النانوية أن النظام قادر على الوصول إلى حساسية فيمتومولارية، وبعد ذلك طبق الباحثون منصة التصوير على خلايا سرطان الثدي المزروعة وأورام فئران وأنسجة سليمة.

وأظهرت النتائج أن إشارات رامان كانت مركزة بقوة في العينات الورمية مع وجود خلفية ضئيلة جدا في الأنسجة السليمة، ما يؤكد الحساسية الاستثنائية للنظام وقدرته على توفير تباين موثوق بين النسيج السرطاني والسليم. كما أشار الباحثون إلى أن تعديل أو استبدال الجزيء المستهدف يمكن أن يكيف هذه الطريقة للكشف عن أنواع أخرى من السرطان.

أوضح الفريق أن هناك حاجة إلى مزيد من العمل قبل إدخال النظام إلى الاستخدام السريري، وستركز الخطوات القادمة على زيادة سرعة القراءة وتوسيع نطاق دراسات التحقق، ويعمل الباحثون على اختبار مصادر ليزر أسرع ودراسة ما إذا كان تضييق نطاق المسح يمكن أن يعزز الأداء بشكل أكبر، كما يخططون لإجراء تجارب متعددة الأهداف باستخدام جسيمات نانوية مختلفة لاستهداف عدة مؤشرات حيوية في الوقت نفسه.