杜克大学生物工程师开发的新技术可以帮助临床医生更精确地检测特定的癌症药物是否有效，并且应该为基础研究人员提供一个强大的新工具，以更好地了解癌症发展的潜在机制。
通过解释光束如何从肿瘤细胞样本中散射，研究人员可以在几小时内确定癌细胞是否对化疗药物有反应。
大多数化疗药物通过迫使癌细胞进行细胞自杀来起作用，这一过程被称为细胞凋亡。当细胞经历这一过程时，细胞内的身体，如细胞核或线粒体，也会经历结构变化。利用这种新方法，研究人员可以分析这些小体散射的光，实时检测细胞凋亡的变化。
生物医学工程副教授、研究小组高级成员亚当·瓦克斯说:“这项新技术使我们能够在短短90分钟内检测到人类乳腺癌细胞凋亡的迹象。”“目前，临床检测这些变化可能需要6到8周的时间。看来这种方法在临床和实验室环境中都有帮助的潜力。”
杜克大学研究小组的实验结果发表在2月份的《科学》杂志上。
光散射技术被称为角分辨低相干干涉测量(a/LCI)。在这个过程中，光被照射到细胞样本中，传感器捕捉并分析散射回来的光。该技术能够在不破坏细胞的情况下提供亚细胞结构的表示，并且可以在短时间内用于扫描大量细胞。
杜克大学分子癌症生物学家朱莉·奥斯特兰德(Julie Ostrander)和杜克大学生物工程师凯文·查鲁特(Kevin Chalut)是这篇论文的第一作者，她说:“现在，肿瘤学家通常通过使用成像技术(如MRI或PET)寻找肿瘤的缩小程度，或手术时的病理反应，来判断化疗药物是否有效。”
奥斯特兰德说:“如果我们有办法在细胞凋亡过程的早期检测到药物是否起作用，病人就不必等待数周或数月才能发现。”“你可以用一束光照射肿瘤，并利用光散射模式来衡量药物的成功，这种想法是向前迈出的一大步。”
在他们的实验中，杜克大学的研究小组研究了一种著名的人类乳腺癌细胞培养系。细胞暴露于两种常见的化疗药物，阿霉素和紫杉醇。使用a/LCI技术，研究人员寻找特定的模式，这表明已经发生了结构变化。
研究人员发现，与对照细胞相比，紫杉醇处理的细胞在90分钟内开始显示出一种称为分形维数的模式的显着增加。阿霉素处理的细胞在三小时内表现出同样的增加。有趣的是，分形维度在治疗6小时后开始下降，但在治疗12小时后又再次上升。
“事实上，结构的变化出现在两个不同的时间尺度上，这表明在细胞凋亡的这些早期事件中有多种机制参与，”Wax说。“进一步的分析表明，我们观察到的早期变化发生在线粒体中，而细胞核结构的变化则导致了后来的变化。”
奥斯特兰德说，这项技术将帮助像她一样的实验室研究人员确定癌细胞如何抵抗细胞凋亡，从而对药物产生抗药性。在这项技术应用于人类乳腺癌之前，将在动物身上进行进一步的研究。
北卡罗莱纳大学教堂山分校的瓦克斯和他的同事们目前正在进行一项人体临床试验，他们使用类似的技术来早期检测食管上皮层的癌前细胞，这种情况被称为巴雷特食管。
