طوّر باحثون نظاما جديدا ومضغوطا لتصوير رامان يتميز بحساسية عالية تمكّنه من التمييز بين الأنسجة السرطانية والأنسجة الطبيعية . ويوفر هذا النظام مسارا واعدا للكشف المبكر عن السرطان، إضافة إلى جعل التصوير الجزيئي أكثر قابلية للتطبيق خارج المختبرات البحثية.

صُمم نظام تصوير رامان الجديد لرصد إشارات ضعيفة جدا ناتجة عن جسيمات نانوية خاصة تُعرف باسم جسيمات التشتت الراماني المعزز سطحيا (SERS)، والتي ترتبط بمؤشرات حيوية خاصة بالأورام. وبعد تطبيق هذه الجسيمات على العينة أو المنطقة المراد فحصها، يقوم نظام التصوير بقراءة الإشارات الصادرة عنها، ثم يحدد تلقائيا المناطق التي يُحتمل أن تحتوي على نسيج ورمي.

بديل سريع لطرق التشخيص التقليدية

قال قائد فريق البحث، زين تشيو من معهد علوم وهندسة الصحة الكمية بجامعة ولاية ميشيغان: "الطرق التقليدية لتشخيص السرطان تستغرق وقتا طويلا وتتطلب جهدا كبيرا، لأنها تعتمد على صبغ عينات الأنسجة وفحصها يدويا من قبل أخصائي علم الأمراض بحثا عن أي تغيرات غير طبيعية".

وأضاف: "على الرغم من أن نظامنا لن يحل محل علم الأمراض في الوقت الحالي، فإنه قد يعمل كأداة فحص سريعة تساهم في تسريع عملية التشخيص".

في مجلة Optica، عرض تشيو وزملاؤه تفاصيل نظام التصوير الجديد، وأظهروا قدرته على التمييز بين الخلايا السرطانية والسليمة، مع رصد إشارات رامان أضعف بنحو أربع مرات مقارنة بأنظمة تجارية مماثلة.

تقنية متقدمة تجمع بين الليزر والكشف الفائق الحساسية

حقق الباحثون هذه الحساسية العالية من خلال الجمع بين ليزر ذي مصدر متغير الطول الموجي (Swept-Source Laser) وكاشف فائق الحساسية يُعرف باسم كاشف النانوسلك فائق التوصيل أحادي الفوتون (SNSPD).

وقال تشيو: "يمكن لهذه التقنية في المستقبل أن تُمكّن من تطوير أجهزة محمولة أو أدوات تُستخدم أثناء العمليات الجراحية، ما يسمح للأطباء بالكشف عن السرطان في مراحل مبكرة، وتحسين دقة أخذ عينات الخزعة، ومتابعة تطور المرض بطرق أقل تدخلاً".

وأضاف: "في نهاية المطاف، يمكن لمثل هذه التطورات أن تحسّن نتائج المرضى وتقلل من تأخير التشخيص، وتُسرّع الانتقال من الاكتشاف إلى العلاج".

تجارب ناجحة على خلايا وأورام حقيقية

استخدم الباحثون نظام تصوير رامان الجديد لتصوير خلايا سرطان الثدي بعد معالجتها بجسيمات SERS نانوية مغطاة بحمض الهيالورونيك، وهو ما يؤدي إلى ارتباط الجسيمات ببروتين سطحي يُعرف باسم CD44، والذي يُعبَّر عنه في العديد من الخلايا السرطانية.

شملت التجارب:

محاليل بسيطة من جسيمات SERS، حيث أظهر النظام قدرة على الكشف بحساسية تصل إلى مستوى الفيمتومولار.

خلايا سرطان ثدي مزروعة مخبريا.

أورام فئران.

أنسجة سليمة للمقارنة.

وقال تشيو: "كانت إشارات SERS مركزة بشكل واضح في عينات الأورام، مع وجود خلفية ضئيلة جدا في الأنسجة السليمة".

وأضاف: "يؤكد ذلك الحساسية الاستثنائية للنظام وقدرته على التمييز الموثوق بين الأنسجة السرطانية والصحية. كما يمكن تكييف هذه الطريقة لأنواع أخرى من السرطان عبر تعديل الجزيء المستهدف".

دفع حدود الكشف والتطبيق السريري

يعمل مختبر تشيو على دراسة استخدام كواشف SNSPD لتحسين منصات تصوير متعددة، إذ تعتمد هذه الكواشف على أسلاك فائقة التوصيل لرصد فوتونات الضوء الفردية، ما يسمح بالتقاط إشارات بصرية شديدة الضعف بسرعة عالية وضجيج منخفض جدا.

وأشار الباحثون إلى أن تحويل هذا النظام إلى استخدام سريري واسع يتطلب:

زيادة سرعة قراءة البيانات.

إجراء دراسات تحقق أوسع نطاقا.

ويعمل الفريق حاليا على تحسين سرعة النظام باستخدام مصادر ليزر بديلة، مثل VCSELs، أو عبر تقليل نطاق المسح الطيفي. كما يخططون لإجراء تجارب تصوير متعددة الأهداف باستخدام جسيمات نانوية مختلفة تستهدف عدة مؤشرات حيوية في الوقت نفسه.