211service.com
Individuele kankercellen zappen
Ingenieurs van de Universiteit van Texas in Austin hebben een lasermicroscalpel gepatenteerd waarmee een chirurg weefsel cel voor cel kan opereren, precies gericht op ziekte terwijl gezonde omringende cellen in leven blijven.
Lasermoordenaar: Adela Ben-Yakar (boven), uitvinder van een nieuwe lasermicrosonde met hoge resolutie, aan het werk in haar laboratorium aan de Universiteit van Texas in Austin. Een afbeelding gemaakt met de microsonde toont een borstkankercel ingebed in collageen, voor (midden) en nadat (onder) deze wordt vernietigd door de sonde.
Het apparaat combineert twee technologieën - een femtoseconde laser en twee-foton fluorescentiemicroscopie - in een enkele geminiaturiseerde, flexibele sonde. De sonde kan zich richten op afzonderlijke cellen in een driedimensionale ruimte en penetreert tot 250 micrometer in weefsel.
De sonde kan een belangrijke vooruitgang zijn voor endoscopische chirurgie die hoge precisie vereist, zoals het vernietigen van kankercellen verspreid over hersenweefsel of opereren op kwetsbaar weefsel zoals stembanden zonder ze te beschadigen, zegt Adela Ben-Yakaro , een assistent-professor werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Texas in Austin. Ben-Yakar ontwikkelde de microsonde samen met Olav Solgaard, universitair hoofddocent aan Stanford University en Chris Hoy, een afgestudeerde student in het laboratorium van Ben-Yakar. Het onderzoek is gepubliceerd in het nummer van 23 juni van: Optica Express .
Kleine, flexibele lasertools worden vaak gebruikt bij endoscopische chirurgie om ongewenst weefsel te verdampen. Maar hoewel ze een grotere precisie bieden dan conventionele scalpels, hebben de bestaande lasergereedschappen de neiging om veel warmte te genereren, waardoor schade wordt veroorzaakt in de gebieden rond het beoogde weefsel. De huidige technologie blaast echt alles op en veroorzaakt grote schade, zegt Ben-Yakar.
Femtosecondelasers daarentegen verbruiken minder energie dan conventionele laserchirurgische instrumenten en genereren dus minder warmte in het omringende weefsel. Omdat ze in staat zijn om gerichte cellen te vernietigen zonder schade buiten het doelgebied te veroorzaken, beginnen ze te worden gebruikt voor chirurgie die grote precisie vereist: sinds 2003 gebruiken oogartsen femtoseconde lasermicroscoopinstrumenten om uit te voeren oogchirurgie . Maar de tafelbladlasers die momenteel medisch worden gebruikt, zijn omvangrijk, dus het gebruik ervan is beperkt tot lichaamsoppervlakken, zoals de huid of het oog.
Evenzo heeft fluorescentiemicroscopie met twee fotonen ook toepassingen gevonden in de geneeskunde en biomedische beeldvorming als een manier om driedimensionale afbeeldingen van kleine structuren te krijgen. Maar tot nu toe heeft niemand het gecombineerd met een femtoseconde laser in een apparaat dat klein en flexibel genoeg is voor endoscopische chirurgie.
Ben-Yakar en haar collega's waren in staat om de twee te combineren in een draagbare sonde door flexibele holle optische vezels te gebruiken om het laserlicht door te geven, waardoor chirurgen mogelijk de voordelen van femtoseconde laserchirurgie naar structuren diep in het lichaam kunnen brengen. Je kunt een operatie aan afzonderlijke cellen doen zonder de omliggende gezonde cellen te beschadigen, zegt ze. De genezing zal veel sneller zijn en het verwijderen van weefsel zal nauwkeuriger zijn.
Omdat dezelfde sonde wordt gebruikt om beide cellen in beeld te brengen en ze te vernietigen, is het mogelijk om tegelijkertijd ziek weefsel te identificeren en te behandelen. De microsonde wordt bestuurd door beeldvormingssoftware, waardoor chirurgen zich kunnen richten op individuele cellen of algoritmen kunnen gebruiken die zieke cellen direct kunnen detecteren en automatisch kunnen vernietigen. Momenteel is de lasermicrosonde nog steeds een experimenteel hulpmiddel. De uitvinders hebben het gebruikt om operaties uit te voeren op kankercellen die in biotechnologisch weefsel in het laboratorium zijn gekweekt, maar het apparaat is nog niet gebruikt bij dieren of mensen.
Een probleem dat nog moet worden opgelost voordat het apparaat bij patiënten kan worden gebruikt, is het verkleinen van de breedte van de sonde van 15 tot 5 millimeter - de grootte van de standaardinstrumenten die worden gebruikt bij endoscopische chirurgie - zodat het compatibel zal zijn met de bestaande chirurgische technologie. Als je compatibel wilt zijn met de bestaande systemen, moet je het formaat verkleinen, zegt Ben-Yakar. Maar als je de sonde kleiner maakt, wordt de optiek moeilijker. Het zal moeilijk zijn om de huidige resolutie te behouden. Dat is de volgende stap.
Rox Anderson , hoogleraar dermatologie en directeur van de Wellman Center for Photomedicine in het Massachusetts General Hospital , noemt de ontwikkeling van de microsonde een belangrijke stap … in de richting van de brede mogelijkheid om diagnostische en therapeutische opties in de biogeneeskunde te integreren.