东京工业大学(Tokyo Tech)的研究人员通过实验证明了一种基于圆偏振光散射的新型癌症诊断技术。计算研究表明,该技术可以检测癌前病变和早期癌症的进展。可以使用配有自旋LED(发射圆偏振光的设备)的内窥镜来实现此方法。


消化系统的大多数癌症首先出现在表层,然后发展到更深的层。尽管可以使用内窥镜轻松治疗表面层癌,但已经发展到更深层的癌需要手术干预,以防止其转移到淋巴结或其他器官。因此,在不损害组织的情况下准确测量癌症进展深度对于获得有用的信息以做出与治疗有关的决定很重要。

研究人员发现可以使用圆偏振LED对人体进行癌症检测

当前的内窥镜诊断技术(如窄带成像)只能确认癌症的存在并区分肿瘤组织和非肿瘤组织。很少有直接测量技术可以定量诊断癌的深度和面积。


为了解决上述问题,最近一项研究证明一种利用圆偏振光的新型癌症诊断技术。


他们的方法依赖于圆偏振光与细胞的相互作用。Nishizawa博士解释说:“从生物组织散射的圆偏振光的去极化取决于细胞核的结构变化,这可以为检测隐藏在健康组织中的癌症提供有价值的信息。” 该研究小组通过在切片的小鼠肝脏组织样本上照射近红外圆偏振光来证明这一事实,该切片样本包含从脾脏内注射的人类胰腺癌细胞衍生的转移性病变。他们观察到了从样品散射的光的圆偏振度的明显差异,这取决于生物组织的状态,表明使用这种技术可以鉴定出癌症。

研究人员发现可以使用圆偏振LED对人体进行癌症检测

此外,通过对包含圆偏振光散射现象的数值模拟进行的计算研究,该团队还证明了可以通过操纵检测角度来获得生物组织的深度轮廓。简而言之,随着散射光的发射角接近垂直,目标生物组织中的采样深度变得更深。因此,对发射角的这种依赖性提供了有关组织深度分布的信息,换句话说,就是癌症向更深层发展的信息。


但是,要使这种诊断方法可行,必须解决一个技术难题:圆偏振光不能在不丢失偏振的情况下穿过光纤。因此,体内圆偏振光的使用需要紧凑的圆偏振光源。这种光源的一个有希望的候选者是自旋LED,这是研究人员开发的设备。在2017年,他们成功创建了自旋LED,能够在室温下发射几乎纯净的圆偏振光。Nishizawa博士说:“通过结合基于圆偏振光散射的新技术和自旋LED器件,我们将能够确定体内癌前病变的进展。” 为此,研究小组在最新研究中设计了一种内窥镜探头的结构,该探头包含圆偏振LED,


研究人员希望所提出的技术将来能够在溃疡性结肠炎和酒精性肝硬化的诊断中得到应用。此外,它还可以用于再生医学和移植手术中移植物的观察。


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