به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، بیش از یک قرن است که آسیب‌شناسان به بافت‌شناسی برای تشخیص، مرحله‌بندی و ارزیابی سرطان از بررسی سلول‌ها و بافت‌ها در زیر میکروسکوپ برای شناسایی الگوهای گویا- تکیه کرده‌اند. اکنون، تیمی به رهبری محققان دانشکده پزشکی هاروارد ابزار جدیدی را توسعه داده‌اند که جزئیات ساختاری را با اطلاعات مولکولی در مورد تومورها ادغام می‌کند. این اطلاعات دقیق می‌تواند به پاتولوژیست‌ها کمک کند تا نشانگرهای بیولوژیکی را شناسایی کنند تا وضعیت بیماران را بهتر پیش‌بینی ‌کنند. این دستگاه نوید می‌دهد با ارائه سرنخ‌های دقیق در مورد سرطان، نحوه مشاهده و ارزیابی تومور را توسط پاتولوژیست‌ها بهبود بخشد. این ابزار که Orion نام دارد، اطلاعات بافت شناسی را با اطلاعات مولکولی ترکیب می‌کند و بینش عمیق تری از نوع، رفتار و پاسخ احتمالی تومور به درمان ارائه می‌دهد. نتایج این مطالعه در 22 ژوئن در Nature Cancer منتشر شده است.

اهمیت ایجاد یک ابزار جدید تشخیصی

با جمع‌آوری اطلاعات مولکولی و مورفولوژیکی دقیق روی سلول‌ها در یک محیط سه‌بعدی حفظ‌شده، بر اساس این بنیاد و ژنتیک تومور معاصر بنا می‌شود. میکروآناتومی بافت‌های ثابت و رنگ آمیزی شده با استفاده از میکروسکوپ نوری برای بیش از دو قرن مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال، این روش‌های کلاسیک اطلاعات ناکافی را برای مطالعات مکانیکی و پزشکی دقیق فراهم می‌کنند. زیرا تشخیص و مدیریت بسیاری از بیماری‌ها، به ویژه سرطان اخیراً، رویکردهای یادگیری ماشین و هوش مصنوعی (ML/AI) برای استخراج خودکار اطلاعات از تصاویر H&E4 توسعه یافته است که منجر به پیشرفت ابزارهای رایانه ای تشخیصی می‌شود. با این حال، تصاویر H&E و IHC عموماً فاقد دقت و عمق اطلاعات مولکولی مورد نیاز برای پیش‌بینی بهینه نتایج، هدایت انتخاب درمان‌های هدفمند و امکان تحقیق در مورد مکانیسم‌های بیماری هستند.

معرفی ابزار Orion

Orion از یک پلت فرم تصویربرداری دیجیتال قدرتمند تشکیل شده است که اطلاعات به دست آمده از طریق بافت شناسی سنتی را با جزئیات آشکار شده توسط تصویربرداری مولکولی روی نمونه تومور یکپارچه می‌کند. محققان از Orion برای تجزیه و تحلیل نمونه‌های تومور از بیش از 70 بیمار مبتلا به سرطان کولورکتال استفاده کردند. این ابزار اطلاعات بافت شناسی و مولکولی تکمیلی را در مورد هر نمونه تومور ارائه کرد و نشانگرهای بیولوژیکی یا نشانگرهای زیستی را که در بیماران مبتلا به بیماری جدی شایع تر بودند، را نیز شناسایی کرد. این بیومارکرها شامل ترکیبات خاصی از ویژگی‌های تومور بود که معمولاً بر اساس تعداد و ویژگی‌های سلول‌های ایمنی و سایر سلول‌ها بود که پیش‌بینی می‌کرد بیماران مبتلا به سرطان کولورکتال چگونه رفتار کنند.

تشخیص و درمان سرطان و درمان سایر بیماری‌ها با Orion

محققان امیدوارند که با اصلاح بیشتر، Orion تشخیص و درمان سرطان و سایر بیماری‌ها را با ارائه جزئیات بیشتر در مورد تومورها یا سایر نمونه های بیمار به پزشکان بهبود بخشد. نکته مهم این است که این اطلاعات دقیق می‌تواند ویژگی‌ها و الگوهایی را نشان دهد که به دانشمندان کمک می‌کند نشانگرهای زیستی را برای پیش‌بینی بهتر رفتار یک بیماری توسعه دهند، بنابراین امکان بهینه‌سازی درمان برای هر بیمار را فراهم می‌کند. ساندرو سانتاگاتا، استادیار پاتولوژی HMS و بیمارستان زنان و نویسنده ارشد مقاله با پیتر سورگر، استاد فارماکولوژی سیستم HMS Otto Krayer در بریگهام گفتند: «این کار گام بعدی حیاتی برای اتخاذ اصول مربوط به ویژگی‌های تومور است که ما در فضای تحقیقاتی در حال توسعه آنها هستیم و آنها را به ابزاری تبدیل می‌کنیم که واقعاً در کلینیک مفید است.

اطلاعات بدست آمده از Orion

سورگر، سانتاگاتا و تیم آنها چندین سال گذشته را صرف توسعه و بهبود ابزارهایی برای تصویربرداری از نمونه‌های بافت انسانی کرده‌اند. در مطالعه‌ای که اخیراً در Cell شرح داده شد، محققان یک تکنیک تصویربرداری چندگانه به نام ایمونوفلورسانس حلقوی یا CyCif را با بافت‌شناسی ترکیب کردند - رنگ‌آمیزی نمونه تومور با هماتوکسیلین و ائوزین یا H&E - برای ترسیم سرطان کولورکتال ارائه دادند. نقشه‌های آن‌ها که به‌طور رایگان در اختیار دانشمندان دیگر قرار می‌گیرد، زیرا سطح بی‌سابقه‌ای از جزئیات را در مورد این تومورها ارائه می‌کند، از جمله اطلاعاتی درباره نحوه چیدمان فضایی، نحوه شکل‌گیری و پیشرفت و نحوه تعامل آنها با سلول‌های ایمنی مختلف. با این حال، دانشمندان می‌خواستند کار خود را یک قدم جلوتر ببرند و ابزارهای تصویربرداری طراحی شده در یک محیط تحقیقاتی را در دسترس پزشکانی قرار دهند که روزهای خود را به بررسی نمونه‌های تومور زیر میکروسکوپ می‌گذرانند تا اطلاعات مورد نیاز برای تشخیص و درمان بیماران را جمع‌آوری کنند.

تجزیه تحلیل سریع رنگ‌آمیزی H&E و ایمونوفلورسانس

رنگ‌آمیزی H&E ویژگی‌های ساختاری کلیدی را که آسیب‌شناسان به‌طور سنتی برای تعیین شدت و پیشرفت سرطان استفاده می‌کردند برجسته می‌کند، در حالی که ایمونوفلورسانس چندگانه از آنتی‌بادی‌های فلورسنت برچسب‌گذاری شده برای برچسب‌گذاری ویژگی‌های مولکولی مهم مانند انواع سلول‌های ایمنی و سایر سلول‌ها استفاده می‌کند. نویسنده اصلی این مطالعه Jia-Ren Lin، مدیر پلتفرم آزمایشگاه فارماکولوژی سیستم‌ها در HMS، با شرکت RareCyte برای توسعه یک پلت فرم تصویربرداری دیجیتالی همکاری کرد که می‌تواند به سرعت تصاویر H&E و ایمونوفلورسانس چندگانه را از یک نمونه بافت جمع آوری و تجزیه و تحلیل کند. بنابراین نتیجه این ابزار ارائه یک تصویر دیجیتال منفرد است که اطلاعات هر دو تکنیک را یکپارچه می‌کند. Orion به طور کامل این دو حالت را با هم ادغام می‌کند، به طوری که می‌توانید در یک اسلاید به جلو و عقب بروید و بگویید، خوب، من آن ویژگی را در H&E می‌بینم، و اکنون می‌توانم بفهمم چه نشانگرهای مولکولی نیز وجود دارند. سانتاگاتا گفت: این عملکرد قابل توجه است.

بررسی نمونه‌های تومور 74 بیمار مبتلا به سرطان کولورکتال

محققان از Orion بر روی نمونه های تومور 74 بیمار مبتلا به سرطان کولورکتال که در دو گروه سازماندهی شده بودند، استفاده کردند. آنها دریافتند که اطلاعات ارائه شده توسط این ابزار به آنها امکان را می‌دهد که از یک نشانگر زیستی، نتیجه یا ترکیب خاصی از ویژگی‌هایی را شناسایی کنند که پیش بینی می‌کند کدام سرطان‌های روده بزرگ احتمالاً پیشرفت می‌کنند و کدام نه. در زمینه یک تومور، یک نشانگر زیستی اغلب تعداد و نوع سلول‌های ایمنی و سایر سلول‌ها در قسمت‌های مختلف نمونه وجود دارد. در این مورد، Orion یک نشانگر زیستی را بر اساس حضور سلول‌های T مشخص‌شده با پروتئین‌های CD4 یا CD45 و سلول‌های توموری حاوی پروتئین‌های PD-L1 یا α-SMA شناسایی کرد. این تیم نشان داد که این و سایر نشانگرهای زیستی مبتنی بر Orion به خوبی یا بهتر از یک آزمایش بالینی به نام Immunoscore که بر اساس سلول‌های CD8 و CD3 T است و توسط انکولوژیست‌ها برای ارزیابی سرطان‌های کولورکتال استفاده می‌شود، انجام شد.

عصر جدیدی برای آسیب شناسی

در حالی که Orion هنوز در مراحل اولیه توسعه است، محققان می‌گویند که نتایج آنها تاکنون اثباتی بر این اصل است که این پلت فرم می تواند در کلینیک مفید باشد. این تیم قصد دارد Orion را با آزمایش آن بر روی تعداد بیشتری از بیماران و بررسی مفیدترین ترکیبات آنتی بادی ها، اصلاح کند. آنها گفتند که مقیاس گذاری پلت فرم برای سریع تر و ارزان تر کردن آن کلید انتقال آن به کلینیک خواهد بود. این تیم همچنین قصد دارد Orion را در سرطان‌های دیگر مانند سرطان ریه و ملانوم آزمایش کند و در نهایت فراتر از سرطان به شرایطی مانند بیماری کلیوی و بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی که می‌توانند از پروفایل بافت‌شناسی و مولکولی دوگانه برای تعیین مرحله و شدت آن‌ها نیز بهره ببرند.

استفاده از Orion برای شناسایی نشانگرهای زیستی

محققان به‌ویژه علاقه‌مند به بررسی چگونگی استفاده از Orion برای شناسایی نشانگرهای زیستی جدید بر اساس ویژگی‌های مولکولی و ساختاری یک نمونه هستند. این بیومارکرها به دو دسته تقسیم می شوند: پیش آگهی - نشانگرهای زیستی که پیش بینی می‌کنند کدام بیماران خوب یا ضعیف عمل می‌کنند و نشانگرهای زیستی که پیش بینی می‌کنند کدام بیماران به یک داروی خاص پاسخ می‌دهند. سانتاگاتا توضیح داد که با Orion، محققان به راحتی می‌توانند بسیاری از نشانگرهای زیستی را همزمان جستجو وارزیابی کنند. سانتاگاتا گفت: در واقع "این پلتفرم به شما امکان می‌دهد در فضای نشانگر زیستی برای طیف گسترده ای از ترکیبات نشانگرها که می توانند مفید باشند جستجو کنید و آنهایی را که بهترین عملکرد را برای یک معیار خاص دارند را انتخاب کنید." "ما احساس می کنیم اکنون یک کیت ابزار داریم که به ما امکان می‌دهد اینها را به روشی نسبتاً سریع در انواع سرطان پیدا کنیم." اگر Orion واقعاً بتواند سرنخ‌های پیش‌آگهی و پیش‌بینی‌کننده‌ی مفیدتری برای سرطان بیابد، این نشانگرهای زیستی می‌توانند به انکولوژیست‌ها کمک کنند تا تومور بیمار را با دقت بیشتری مشخص کنند و یک برنامه درمانی اختصاصی‌تر و اختصاصی‌تر ایجاد کنند.

استفاده از Orion در کلینیک

علاوه بر این، محققان انتظار دارند که بینش های به دست آمده از Orion در کلینیک، مسیرهای جدیدی را برای تحقیقات علوم پایه ای که آنها در آزمایشگاه دنبال می‌کنند، ارائه دهد. محققان Orion را به عنوان چیزی تصور می‌کنند که آسیب شناسان در نهایت می‌توانند آن را در جریان کار موجود خود بگنجانند و به آنها اجازه می‌دهد جزئیات مولکولی را به تخصص بافت شناسی خود اضافه کنند تا درک کامل تری از یک نمونه به دست آورند. نکته قابل توجه، ماهیت دیجیتالی این ابزار به این معنی است که آسیب شناسان می‌توانند به جای محصور شدن در میکروسکوپ در آزمایشگاه یا کلینیک، به تصاویر روی هر رایانه ای نگاه کنند.

گام‌های بعدی

ما در تلاش هستیم تا ابزارهای جدیدی را برای گروهی از افرادی که هر روز سخت برای تشخیص تومورها و سایر بیماری ها کار می کنند، بیاوریم. لین افزود: «آسیب شناسان در حال حاضر حجم زیادی کار با بافت شناسی برای تشخیص بیمار و درک بیماری او انجام می‌دهند، اما با استفاده از این ابزار برای افزایش دانش خود، اساساً یک «دیدگاه فوق العاده» از نمونه خواهند داشت. محققان امیدوارند که این ابزار در نهایت به آسیب شناسان کمک کند تا ویژگی های جدید مرتبط با یک بیماری را شناسایی و کمیت کنند. آنها فکر می‌کنند که Orion همچنین ممکن است اطلاعاتی را ارائه دهد که می‌تواند با ابزارهای هوش مصنوعی در حال توسعه برای کمک به آسیب شناسان و انکولوژیست ها ادغام شود.

در آخر محققان خاطرنشان کردند که بخش مهمی از این فرآیند، طالب همکاری نزدیک با انواع مختلف پاتولوژیست‌ها و انکولوژیست‌ها برای درک آنچه آنها نیاز دارند، است. برای این منظور، تیم تقریباً در ارتباط دائمی با پزشکان بیمارستان بریگهام و زنان و مؤسسه سرطان دانا-فاربر بوده و سفرهای مکرری را به این طرف و آن طرف خیابان بین این سه موسسه انجام داده است.

پایان مطلب/.