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光学显微技术转化研究成为生物医疗光学会议 (BiOS Hot Topics)的焦点

2016/4/12 8:54:08来源:本站原创 【字体:

导 读:BiOS热点话题会议因展示尖端生物医疗光学技术和研究成果而闻名,本次年度活动于2月20日晚上在宽敞明亮的西部大厅(West Hall)开幕。同往年一样,今年几乎也是座无虚席。令人惊讶的是,当晚光学显微技术依旧是讨论焦点,当然还涌现了部分其他新主题。
关 键 词:光学显微技术 转化 生物医疗 光学会议 焦点

  作者:Kathy Kincade
 
  BiOS热点话题会议因展示尖端生物医疗光学技术和研究成果而闻名,本次年度活动于2月20日晚上在宽敞明亮的西部大厅(West Hall)开幕。同往年一样,今年几乎也是座无虚席。令人惊讶的是,当晚光学显微技术依旧是讨论焦点,当然还涌现了部分其他新主题。
 
  热点话题论坛是一个独特的平台,知名人士和后起之秀都可以在这个平台分享他们的最新研究成果,相关演讲需要在10分钟内完成。正如塔夫茨大学的联执主席Sergio Fantini所说:"通过这次会议,你们能够在两个小时内知晓最先进的技术。"
 
  热点话题论坛不仅让新想法能够为大众熟知,还为生物医疗光学行业提供该领域一些分支的"快照"。
 
  最近几年,热点话题会议越来越重视转化研究(translational research)和临床应用,因为这些研究和应用采用光学技术解决了在诊断和治疗癌症、心脏病和其他重大疾病遇到的挑战。
 
  BiOS联执主席R. Rox Anderson表示:"我参与热点话题论坛已经很长时间了,我能够看到它正在不断进步。热点话题论坛完全是为了帮助人类,并且我们也看到了很多的实用技术正脱颖而出。"
 
  首先,2016年Britton Chance 生物医学光学奖获得者David Boas发表讲话,向他的导师Britton Change致敬。Boas在宾夕法尼亚大学攻读博士学位就开始了与Chance的合作,并且在他进入哈佛大学和马萨诸塞州总医院后,这种合作关系还继续保持着,至今已经有二十多年了。Boas说,他们都热衷于帆船运动。
 
  美国国立卫生研究院(NIH)的科学评审官Lee Rosen虽然于2015年死于白血病,此次也同时向其致敬。NIH的生物医学成像和生物工程研究所的Behrouz Shabestari赞扬了Rosen过去近三十年在生物医疗光学和成像研究项目做出的卓越贡献。为了让申请者更加了解评审流程,Rosen不拘一格选择最适合的评审官,也因此被大众所熟知。
 
  首先站上热点话题论坛进行演讲的是范德堡大学生物医疗工程部的助理教授Melissa Skala,她的团队使用定量显微镜、肿瘤和类器官来简化抗胰腺癌的药物生产和治疗计划。
 
  她说:"胰腺癌是最致命的癌症之一,其中只有8%的确诊患者能存活五年。由于各肿瘤都各不相同,所以我们必须采用试错法确定合适的治疗方案。现在我们就有机会引进新方法,解决这一问题。"
 
  肿瘤类器官是对实际肿瘤的三维培养,复制这些肿瘤的关键特性。这种类器官可以为个性化治疗方案打好基础,从而优化癌症患者的临床成果。
 
  Skala表示:"我们在实验室重点关注抓住肿瘤并站在患者的立场分析肿瘤。新的药物治疗也非常重要,我们需要更高效的技术来加速这一进程。"
 
  美国马萨诸塞州总医院的助理教授Aaron Aguirre报告了如何用显微技术在亚细胞级别评估小动物模型中跳动的心脏。这一研究是为了更好地了解发生心肌梗死后心脏细胞的相关活动,从而预防患者并发心衰。
 
  Aguirre表示:"作为一名心脏病专科医生,我照顾了很多罹患心脏病的患者,这些患者占每年美国死亡人数的七分之一。我们采取药物治疗和其他疗法,但是很多患者仍然会发展为心衰。因此,我们需要知道心脏细胞受损原因以及如何延缓死亡发生。"
 
  他还表示:"研究人员和临床医生缺乏在活体内进行细胞成像和细胞定量,以及在自然环境下观察细胞生理学的能力。这就是活体成像和前瞻性序列分段显微术(PSSM)等新型显微技术产生的原因。
 
  只要应用新型图像处理算法(PSSM),或者将一种高效组织稳定剂用于活体显微术,便可实现在显微分辨率下获取跳动心脏的无运动伪影成像。我们希望使用这些方法进一步研究这种环境内发生的现象并改善药物释放系统和患者发病率。"
 
  西澳大利亚大学的David Sampson概述了用于外科手术的"针尖内的显微术"。只要在标准的皮下注射器针头内放置一个显微镜,以此启动3D扫描,外科医生便能定位非常小的肿瘤部位,避免进行更多手术的需求。
 
  他表示:"我们已经将这些探针用于解决基础的生理学问题,但是我们希望这些技术也能适用于人类疾病,尤其是乳腺癌。我们已经说过我们能够区分肿瘤和脂肪组织,但是你们不能仅仅通过观察代表良性肿瘤和恶性肿瘤的零星差异来进行区分。
 
 
光学显微技术转化研究成为生物医疗光学会议 (BiOS Hot Topics)的焦点
 
  SPIE主席Robert Lieberman, David Boas和Bruce Tromberg。图片来源:Courtney Rambo
 
  因此,Sampson表示:他们正在探索针头内对偏振灵敏的OCT以在混合物加入荧光剂。例如,针头内的光学相干弹性成像技术使用OCT的轴向能力来测量亚纳米级别组织的微小变异,并区分脂肪组织与肿瘤组织。其他团队正在将此方法用于眼科学、心脏学和细胞力学,并开发超高分辨率的弹性成像。
 
  伦敦大学学院光声成像先驱Paul Beard报告了他的实验室获取的最新研究成果和其他技术。Beard表示,他们在探测光声信号遇到的其中一个挑战就是这些信号会随着光学和声学衰减而变得非常微弱。他的团队目前正在使用能够产生共鸣的聚合物光学谐振腔,以便更好的探测这些信号。
 
  他表示:"这一技术的优势在于它可以提供非常高的灵敏度和宽带一致的频率响应,并且该光学部件不超过50微米。"
 
  他们根据这项技术开发了一些设备,如使用平面阵列的小型动物扫描仪和绘制二维光声场并重建三维图像的光学参数振荡器(OPO)激励激光系统。他们还将该系统用于活体内非标记肿瘤血管靶向疗法的活体成像。
 
  同时,自适应光学技术的进步能够对视网膜结构进行vivo成像,以看到"隐形"细胞,测量视网膜功能并了解细胞在视网膜内的相关活动。
 
  罗切斯特大学和先进视网膜影像联盟的Jennifer Hunter指出,自适应光学的应用旨在实现"通过肉眼观察眼的背部结构,如视杆细胞、视锥细胞、视网膜内的色素上皮细胞和神经节细胞,由于这些细胞是透明的,所以肉眼很难看到。"
 
  例如,活体内的双光子检眼镜可以利用视网膜内细胞的荧光剂获取很多视网膜结构的图像,这样研发人员便能够看到透明细胞,如光感受器、外核层和不含染料的神经节。同样地,多偏移探测器成像显示了神经节细胞,而双光子荧光成像能够测量维动力学并追踪眼内荧光浓度随时间发生的变化。在小鼠视网膜研究中,无波前传感器自适应光学被用于观察小血管和神经纤维束,这样可以帮助临床医生观察外科手术后血管质量的改善情况。
 
  加州大学Irvine分校的Eric Potma以更加技术性的方式,用基础医学解释了推动二次谐波谱、和频振动光谱和相干反斯托克斯拉曼光谱等光学显微技术以增加可被收集的光子数量的原理。这一原理的关键在于引进与输入源同色的激光来模拟光学过程,然后用所得到的内在参数过程和耗散途径产生量子干涉。
 
  最后,Blaze BioScience的联合创始人Heather Franklin报告了公司目前正在开发和销售的一款新型造影剂,用于荧光图像引导的定向手术。


 
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