太赫茲技術(shù)：癌癥成像的新視角

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，太赫茲（THz）位于電磁波譜的微波和紅外區(qū)域之間，為醫(yī)學(xué)和生物學(xué)應(yīng)用帶來(lái)了巨大的希望。太赫茲波段——頻率范圍在0.3-3x1012Hz——為生物細(xì)胞的內(nèi)部探視提供獨(dú)特視角，并提供了一種非電離式的癌癥成像方法。隨著實(shí)驗(yàn)室太赫茲光源和敏感探測(cè)器的引入，我們能否很快看到太赫茲技術(shù)對(duì)臨床應(yīng)用產(chǎn)生重大影響？

“我們已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)能夠利用太赫茲頻譜的時(shí)代，”利物浦大學(xué)物理學(xué)教授Peter Weightman說(shuō)：“這是一種新工具，我們希望可以為癌癥診療帶來(lái)新進(jìn)展?！?/p>

Weightman作為演講者出席了最近召開(kāi)的“Towards the THz Imaging of Cancer”（邁向癌癥診斷的太赫茲成像技術(shù)）會(huì)議。該活動(dòng)匯集了研究人員、臨床醫(yī)生和業(yè)內(nèi)人士，探討如何將太赫茲成像轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У呐R床工具。

單細(xì)胞研究

會(huì)議的第一位發(fā)言人是來(lái)自倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的Norbert Klein，他探討了基于細(xì)胞尺寸或水含量等標(biāo)志物的單細(xì)胞探測(cè)，這些標(biāo)志物可以使用物理技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。例如，太赫茲和微波頻段的測(cè)量對(duì)細(xì)胞的水含量敏感，無(wú)需標(biāo)記即可快速獲取細(xì)胞表征。

“微波到太赫茲波段的獨(dú)特之處在于，它探測(cè)細(xì)胞內(nèi)部不受散射限制，”Klein解釋說(shuō)，“這就是為什么這個(gè)波段特別令人感興趣的原因。這是一種新的癌細(xì)胞診斷形式，也許能成為其它檢測(cè)方法的有力補(bǔ)充?！?/p>

Klein提供了微波響應(yīng)與癌細(xì)胞侵襲之間的相關(guān)性證據(jù)?！拔覀冞€不知道可以利用太赫茲獲得多少進(jìn)展，可能會(huì)看到比微波更好的結(jié)果，但這只是剛剛開(kāi)始，我們還需要更多的研究?！彼a(bǔ)充說(shuō)。

Klein和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種耦合腔諧振器系統(tǒng)，用于在10GHz（亞太赫茲）頻率下快速測(cè)量流動(dòng)的細(xì)胞。他們將開(kāi)口環(huán)諧振器與介質(zhì)諧振器結(jié)合，并將它們集成到微流控芯片中。他指出該器件制造簡(jiǎn)單、成本低，理論上可以擴(kuò)展到100GHz（0.1THz）。

他們使用該器件檢測(cè)流動(dòng)的聚苯乙烯微球，并實(shí)現(xiàn)了流動(dòng)的（小鼠成肌細(xì)胞）細(xì)胞的首次微波測(cè)量。測(cè)量信號(hào)取決于細(xì)胞的體積，因而提供了一種快速準(zhǔn)確的方法來(lái)測(cè)量細(xì)胞大小分布。其潛在的應(yīng)用包括檢測(cè)比白細(xì)胞大的循環(huán)腫瘤細(xì)胞的血液樣本。

對(duì)于單個(gè)細(xì)胞的太赫茲?rùn)z測(cè)，Klein介紹了使用硅光子晶體諧振器來(lái)測(cè)量紅細(xì)胞懸浮液。“可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞的水含量測(cè)量，”他總結(jié)道，“我們已經(jīng)在微波頻率上證明了這一點(diǎn)，并相信用太赫茲波段也可以?！?/p>

Klein指出，結(jié)合細(xì)胞大小和水含量快速測(cè)量的芯片實(shí)驗(yàn)室（lab-on-a-chip）系統(tǒng)，或能成為癌癥診斷的破局者。

太赫茲體內(nèi)成像

來(lái)自華威大學(xué)的Emma Pickwell-MacPherson研究了體內(nèi)太赫茲成像所面臨的挑戰(zhàn)，她說(shuō)：“我們注意到近期對(duì)太赫茲體內(nèi)成像的研究越來(lái)越多?！?/p>

比如糖尿病足綜合征的篩查，就是利用太赫茲成像發(fā)現(xiàn)糖尿病患者和對(duì)照組之間組織水含量的差異；又如瘢痕愈合的監(jiān)測(cè)，當(dāng)表面變化已不再明顯時(shí)，太赫茲可以對(duì)細(xì)微的組織變化進(jìn)行成像；以及角膜表面的非接觸太赫茲成像。

太赫茲技術(shù)還可以檢測(cè)正常組織和癌組織之間的差異。然而，由于需要控制大量變量，體內(nèi)檢測(cè)具有挑戰(zhàn)性?！懊看芜M(jìn)行比較研究時(shí)，即使測(cè)量相同區(qū)域的皮膚都很棘手，”Pickwell-MacPherson解釋說(shuō)，“皮膚結(jié)構(gòu)隨著位置、壓力、時(shí)間、護(hù)膚霜等不同而變化，我們需要可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃?！?/p>

審核編輯 黃昊宇