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皮皮虾厉害了!可以指导肿瘤医生“看清”癌细胞




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编辑 | 药明康德内容团队

虾蛄,长着一对像螳螂臂一般威风的前足,又名“螳螂虾” (mantis shrimp) ,大家更熟悉的俗名还有皮皮虾、濑尿虾。有些低调的虾蛄登上了人们的餐桌,有些高调的虾蛄则登上了专业学术期刊的封面

经常登上餐桌的一种虾蛄丨图片来源:123RF

在《科学》旗下侧重基础研究向临床 应用转化的子刊《科学转化医学》(Science Translational Medicine 的最新一期,一只色彩华丽的雀尾螳螂虾 Odontodactylus scyllarus 荣登封面。它凭借的不是颜值,而是超强的视觉。受螳螂虾的启发,科学家开发了一款特殊的摄像头,可以“指导”肿瘤医生在做手术时看清患者的癌细胞。

螳螂虾登上了《科学转化医学》最新一期的封面(图片来源:Science官网,Credit:Georgette Douwma/MINDEN)


螳螂虾的双眼十分特别,放大看可以看到每个眼睛分三个区域:外围区域、带状区和腹区,其中带状区由几排特化的小眼构成。

除了特殊的结构外,更令人惊叹的是,螳螂虾的眼睛拥有多达16种光感受器,可以感知到12种以上的颜色,还能察觉特殊波长的偏振光——和人类做个对比的话,我们的眼睛里只有区区4种光感受器,感知红、绿、蓝三种颜色。

雀尾螳螂虾的眼睛特写丨图片来源:参考资料[2];Credit: S. Blair et al.


螳螂虾可以用很小的眼睛看到人类无法想象的东西。”在伊利诺伊大学香槟分校 (University of Illinois Urbana-Champaign ) 学习电子与计算工程的研究生Steven Blair说。

受此启发, Steven Blair与导师和同事们设计了一套成像系统,模仿螳螂虾的视觉系统,将垂直堆叠的光电探测器和专用的滤光片阵列集成在单个成像设备中。

模拟螳螂虾复眼(左)的仿生成像系统(右)示意图(图片来源:参考资料[2];Credit: S. Blair et al.)


研究人员将这套成像系统应用于切除肿瘤的外科手术,用其中的三个彩色通道直接观察手术过程,同时用三个近红外通道对发射近红外光的光学探针进行成像。由于这些光学探针专门靶向肿瘤组织,因此医生可以准确看到患者体内的肿瘤位置。

合作开发仿生成像系统的研究团队丨图片来源:参考资料[3];摄影:L. Brian Stauffer


研究人员首先在长有肿瘤的小鼠中进行了检测,用两种荧光探针靶向肿瘤,这套成像系统可以在大约92%的病例中将疾病组织与健康组织区分开来

在实际的手术应用中,这种仿生摄像头也已经初显身手。在对18例乳腺癌患者进行手术切除期间,外科医生借助这套系统准确地找出了靠近肿瘤的淋巴结,显示出临床应用的可行性

在给患者实施乳腺癌肿瘤切除手术时,研究人员测试了这套成像系统(图中红色虚线框)丨图片来源:参考资料[2];Credit:S. Blair et al.


参与手术演示的外科医生Goran Kondov教授评论说:“将这种仿生摄像头与新兴的肿瘤靶向药物相结合,未来可以让医生确保将患者体内的癌细胞清除干净。这双额外的眼睛将有助于防止癌症复发,让患者更快康复。”

研究团队表示,下一步他们还计划把仿生摄像头与内窥镜系统相结合,让微创手术装上螳螂虾的眼睛,更好地满足手术的需求。


参考资料

[1] Steven Blair et al., (2021) Hexachromatic bioinspired camera for image-guided cancer surgery. Science Translational Medicine. DOI: 10.1126/scitranslmed.aaw7067
[2] Mantis shrimp eyes inspire six-color imaging platform for cancer surgery. Retrieved May 7, 2021 from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-05/aaft-mse050421.php
[3] Mantis shrimp-inspired camera provides second opinion during cancer surgery. Retrieved May 7, 2021 from https://blogs.illinois.edu/view/6367/1572383938#image-2


本文经授权转载自微信公众号“学术经纬”。


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