在生物和医学研究中,癌变组织和正常组织样品不进行特殊处理时,在标准光学显微镜下无法直接区分,通常被研究的生物材料需要被染色以揭示其秘密,但这样可能会改变样本的特性导致误诊。
最近,澳大利亚拉筹伯大学的Belinda S. Parker副教授和Brian Abbey教授及其团队开发出一种新的显微镜载玻片,避开了这个问题,他们用这种新型载玻片成功区分了正常的上皮组织、癌前组织和乳腺癌组织。这一发明无疑是为医生提供了一把“照妖镜”,让癌变组织无所遁形。
相关研究结果发表在2021年10月7日的Nature期刊上,论文标题为“Colorimetric histology using plasmonically active microscope slides”。
近几年,拉筹伯大学的Abbey教授和Eugeniu Balaur博士共同开发并研究了这项技术。正如Abbey所说,“现在一般通过对生物组织/细胞的染色标记使其在显微镜下可以更好的观察。然而,如果要在组织中检测癌细胞,只有染色标记是远远不够的,这也是癌症早期不易发现而被误诊的原因。近几年纳米生物技术飞速发展,我们可以通过控制生物组织与光的相互作用,把这种相互作用的差异转变成不同的颜色来区别健康和不健康的组织。纳米载玻片技术让组织观察变得想观看彩色电视一样,而以前,只能是黑白电视。”
在大自然的漫长的进化过程中,出现了各种色彩的有趣的生物,比如颜色靓丽的蝴蝶、善于伪装的章鱼等等。这是因为它们体壁上有极薄的蜡层、刻点、沟缝或鳞片等细微结构,使光波发生折射、漫反射、衍射或干涉而产生的各种颜色。
在此基础上,Abbey教授和他的团队设计出了一种用于生物组织呈像的纳米载玻片。这种纳米载玻片包括了普通载玻片基底、纳米涂层以及超薄保护层。其中,纳米涂层具有470-550 nm可见光范围内的列阵结构。超薄保护层是为了保护整个纳米载玻片,以免受到环境的侵袭使其呈像功能更加稳定。当样本组织放在这种载玻片上时,样品局部厚度以及介电常数的改变会导致透射光通过与载玻片微观孔阵列时的光谱的变化。
简单来说,样品可以改变纳米载玻片的微观结构从而导致透过的光谱的差异。在观察纳米载玻片上的样品时就产生了明显的色差效应,最终使我们观察到了不同的颜色。
“照妖镜”有了,那它的效果是否会如研发团队所愿,还要看看实际应用的效果。研发团队为了能清晰地观察到乳腺癌发生发展的各个不同阶段,它们选择了一种自发性乳腺癌的动物模型MMTV-PyMT小鼠,这是研究早期乳腺癌中的细胞变化的最佳选择。正如所愿,在实验中,这种纳米载玻片成功地通过颜色差异对健康组织和非健康组织做出区别,这种区别与传统染色标记法的结果一致而且更加优秀。
在应用过程中,研究团队还发现了一个重要的现象。在同一个体中,健康细胞与癌变细胞的交界并不明显,存在一个互相重叠的区域。也就是说,同一个体的健康细胞具有癌变的趋势,最终基本上会发展成侵袭前和侵袭性肿瘤。而这些状况与对照样本(正常小鼠)的组织基本不重叠。通俗来说,这种纳米载玻片具有癌症早期的预测诊断能力。
研究者们制作了连续切片并使用细胞角蛋白5/6(CK5/6)和雌激素受体(ER)作为标记物来对比纳米载玻片和传统染色技术对UDH和DCIS的区分效果。实验结果显示,对比UDH,DICS纳米载玻片样本中的颜色明显增加,纳米载玻片与CK5/6和ER对组织的呈像变化趋势的变化是一致的,然而,纳米载玻片样本中的对比度明显更强,颜色也更深。这体现了纳米载玻片的可靠性和对传统技术的提升。
纳米载玻片技术是生物组织呈像的一次技术革新,使医生和研究者摆脱了不清楚的黑白呈像图片,拥有了彩色呈像技术且可以更有效地观察到潜在癌变细胞,这大大提高了早期癌症治疗的效率。有朝一日,让医生人手一面“照妖镜”,把潜伏的“妖怪”全都揪出来!就算孙大圣来了,估计也会佩服。这就是科学的力量!
政策规定——《国家药监局关于发布消肿片中松香酸检查项和复方龙胆碳酸氢钠片中土大黄苷检查项2项补充检验方法的公告》
根据《中华人民共和国药品管理法》及其实施条例的有关规定,《消肿片中松香酸检查项补充检验方法》《复方龙胆碳酸氢钠片中土大黄苷检查项补充检验方法》经国家药品监督管理局批准,现予发布。
特此公告。
附件1
消肿片中松香酸检查项补充检验方法
(BJY 202111)
【检查】松香酸照高效液相色谱法(中国药典2020年版通则0512)测定。
色谱条件与系统适用性试验以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂;以乙腈-0.1%甲酸(70:30)为流动相;检测波长为241nm。理论板数按松香酸峰计算应不低于3000。
对照溶液的制备(临用新制)取松香酸对照试剂适量,精密称定,加乙醇制成每1ml含2µg的溶液,作为对照试剂溶液。另取11-羰基-β-乙酰乳香酸对照品适量,精密称定,加乙醇制成每1ml含2µg的溶液,作为参照溶液。
供试品溶液的制备取本品10片,研细,取0.2g,精密称定,精密加入乙醇20ml,称定重量,超声处理20分钟,放冷,再称定重量,用乙醇补足减失的重量,摇匀,滤过,取续滤液,即得。
测定法分别精密吸取供试品溶液、对照试剂溶液与参照溶液各10µl,注入液相色谱仪,记录色谱图。
结果判断供试品色谱中,在与松香酸对照试剂溶液色谱峰保留时间相应的位置上不得出现相同的色谱峰。若出现保留时间相同的色谱峰,采用二极管阵列检测器比较相应色谱峰的紫外-可见吸收光谱,吸收光谱应不同(松香酸对照试剂色谱峰在241nm显示最大吸收);若吸收光谱相同,且该色谱峰的峰面积值大于11-羰基-β-乙酰乳香酸参照溶液色谱峰的峰面积值,则视为阳性检出。
备注:必要时,可采用高效液相色谱-质谱联用方法进行验证。
起草单位:连云港市食品药品检验检测中心
复核单位:江苏省食品药品监督检验研究院
广州市药品检验所
附件2
复方龙胆碳酸氢钠片中土大黄苷检查项补充检验方法
(BJY 202112)
【检查】土大黄苷
(1)取本品细粉适量,约相当于大黄原生药0.1g,加甲醇10ml,超声处理20分钟,滤过,取滤液1ml,加甲醇至10ml,作为供试品溶液。另取土大黄苷对照品,加甲醇制成每1ml含10μg的溶液,作为对照品溶液(临用新制)。照薄层色谱法(中国药典2020年版通则0502)试验,吸取对照品溶液与供试品溶液各5μl,分别点于同一聚酰胺薄膜上,以甲苯甲酸乙酯丙酮甲醇甲酸(30:5:5:20:0.1)为展开剂展开,取出,晾干,置紫外光灯(365nm)下检视。供试品色谱中,在与对照品色谱相应的位置上,不得显相同的亮蓝色荧光斑点。
(2)照高效液相色谱法(中国药典2020年版通则0512)测定。
色谱条件与系统适用性试验 以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂;以乙腈-水(20:80)为流动相;二极管阵列检测器,检测波长为328nm,柱温30℃。理论板数按土大黄苷色谱峰计算应不低于3000,土大黄苷峰与相邻峰之间的分离度应符合要求。
对照品溶液的制备(临用新制) 取土大黄苷对照品适量,精密称定,加甲醇制成每1ml含60μg的溶液,即得。
供试品溶液的制备 取本品20片,研细,取约相当于大黄原生药0.1g,精密称定,精密加入甲醇25ml,称定重量,超声处理60分钟,放冷,再称定重量,用甲醇补足减失的重量,摇匀,滤过,取续滤液,即得。
测定法 分别精密量取供试品溶液和对照品溶液各10μl,注入液相色谱仪,记录色谱图。
结果判定 供试品色谱中,在与土大黄苷对照品色谱峰保留时间相应的位置上应不得出现相同的色谱峰。若出现保留时间相同的色谱峰,则采用二极管阵列检测器比较相应色谱峰的紫外-可见吸收光谱,吸收光谱应不同(土大黄苷对照品色谱峰在219nm和325nm波长处有最大吸收);若吸收光谱相同,则视为阳性检出。
备注:必要时可采用高效液相色谱-质谱联用方法进行验证。
起草单位:青海省药品检验检测院
复核单位:甘肃省药品检验研究院
陕西省食品药品检验研究院