Platformas attīstība: biopsijas adatu tehnoloģiskais lēciens no paraugu ņemšanas rīkiem līdz integrētām diagnostikas sistēmām

Atslēgvārdi: viedā biopsijas adatas platforma + reāllaika in vivo analīze un mērķtiecīgas terapijas norādījumi

Mūsdienu biopsijas adatu galvenais evolūcijas virziens ir pārsniegt audu paraugu ņemšanas vienīgo funkciju un attīstīties par miniatūrām diagnostikas un ārstēšanas platformām, kas integrēin vivo diagnostika, precīza paraugu ņemšana,{0}}reāllaika atgriezeniskā saite un mērķtiecīga terapija. Būtībā šī transformācija uzlabo biopsijas adatas no pasīvo audu{1}}ievākšanas instrumentiem uz aktīviem mezgliem klīnisku lēmumu{2}}pieņemšanai. Nelielajā adatas uzgaļa vietā tagad var veikt sarežģītas funkcijas, kurām iepriekš bija nepieciešamas vairākas liela mēroga{4}}medicīnas ierīces.

Multimodālo sensoru integrācija aizsāk in vivo patoloģijas laikmetu. Tradicionālā biopsija balstās uz ex vivo paraugu ņemšanas, fiksācijas, sagriešanas, krāsošanas un mikroskopiskās izmeklēšanas darbplūsmu, kas ilgst 2 līdz 5 dienas. Jaunās-paaudzes viedās biopsijas adatas galā ir iestrādātas ar dažādiem mikro-sensoriem, lai uztvertu-reāllaika audu īpašības punkcijas laikā.

Elektroķīmiskās pretestības spektroskopija ir visnobriedušākā integrētā tehnoloģija. Atšķirīgiem audiem (normāliem, hiperplastiskiem, netipiskiem un ļaundabīgiem) ir raksturīgas pretestības{1}}frekvences līknes. Mikro-elektrodi adatas galā skenē 0,1–10 MHz robežās un atšķir labdabīgus un ļaundabīgus bojājumus 0,5 sekunžu laikā, panākot 92% jutību un 87% specifiskumu krūšu bojājumiem. Miniaturizētām optiskās koherences tomogrāfijas (OCT) zondēm ir augstāka integrācija: optiskās šķiedras ir iestrādātas adatas gala sānu logos, lai iegūtu mikrostrukturālus audu attēlus, izmantojot rotācijas skenēšanu ar izšķirtspēju 10 μm. Tas var atšķirt kanāla karcinomu in situ (ar raksturīgām rozešu struktūrām) no invazīvas karcinomas reāllaikā. Perifēro plaušu mezgliņu biopsijā ar OCT{13}}aprīkotām adatām pirms paraugu ņemšanas pārbauda audzēja audus, nevis iekaisuma pseidoaudzēju, tādējādi novēršot nevajadzīgas biopsijas ar negatīvu paredzamo vērtību 94%.

Mikrovides analīze atklāj audzēja neviendabīgumu. Audzēja mikrovides (TME) pH vērtība, daļējais skābekļa spiediens un metabolītu koncentrācija tieši ietekmē terapeitisko reakciju. Daudzfunkcionālās analītiskās adatas integrē trīs sensorus uz 22G uzgaļiem: pH elektrodus, skābekļa sensorus un enzīmu elektrodus glikozes un laktāta noteikšanai, ierakstot datu kopu ik pēc 0,5 sekundēm punkcijas laikā.

Klīniskie pētījumi liecina, ka laktāta koncentrācija trīskāršā-negatīvā krūts vēža gadījumā ir 2,3 reizes augstāka nekā hormonu receptoru-pozitīvā krūts vēža gadījumā, daļēji izskaidrojot pirmā paaugstināto jutību pret ķīmijterapiju. Uzlabotākām mikrodialīzes biopsijas adatām ir dobu šķiedru dialīzes membrānas, kas aptver galu. Perfūzijas šķidrums cirkulē ar ātrumu 0,5 μL/min, un iegūtais šķidrums satur mazus -molekulu metabolītus, citokīnus un šūnu-brīvu DNS. Smadzeņu audzēja biopsijā audu paraugus un mikrodializātu ņem vienlaikus; pirmais kalpo histoloģiskai diagnostikai, bet otrais metabolomiskajai analīzei, realizējot audu morfoloģijas un bioloģiskās funkcijas sinhronu interpretāciju.

Tūlītēja molekulārā diagnostika maina terapeitisko lēmumu{0}}pieņemšanas laika grafiku. Parasti EGFR ģenētiskā pārbaude pēc plaušu vēža biopsijas ilgst vidēji 7 līdz 10 dienas, kuru laikā audzēji var progresēt. Uz-adatas PCR sistēmas nodrošinaiekšējās-procedūras diagnostika. Mikrofluidiskās mikroshēmas ir integrētas biopsijas adatas rokturī. Pēc paraugu ņemšanas audu šķidrums automātiski ieplūst mikroshēmā, pabeidzot DNS ekstrakciju, PCR pastiprināšanu un mutāciju noteikšanu 45 minūšu laikā. Pašlaik var noteikt 8 plaušu vēzi izraisošos gēnus, tostarp EGFR, ALK un ROS1, kas 98,7% atbilst centrālo laboratorijas testu rezultātiem.

Digitālās patoloģijas adatas sniedz vēl vairāk: miniatūras kameras adatas galā tver šūnu attēlus, un iegultie AI algoritmi veic intraoperatīvu reāllaika analīzi, sasniedzot 97% papilāras vairogdziedzera karcinomas diagnostikas precizitāti un izvairoties no sekundārām operācijām.

Biopsijas un vietējās terapijas integrācija nodrošina visu-vienā-diagnozi un ārstēšanu. Radiofrekvences biopsijas adatas atspoguļo šādu integrāciju: tās vispirms savāc audu paraugus, pēc tam pievada radiofrekvences enerģiju (460 kHz) galā, lai ablētu audus 5 mm rādiusā ap biopsijas traktu, panākot gan nelielu bojājumu diagnostiku, gan ārstēšanu. Nieru audzējiem, kas mazāki par 1,5 cm, diagnoze un radikāla ārstēšana tiek pabeigta vienā procedūrā, un 3-gadu dzīvildze bez recidīva ir 96%.

Narkotiku -eluējošās biopsijas adatas uz ass ir pārklātas ar ilgstošas ​​darbības paklitaksela plēvēm. Biopsijas radītā mikrotrauma uzlabo zāļu iekļūšanu, kā rezultātā vietējā zāļu koncentrācija ir 1000 reizes lielāka nekā intravenoza ievadīšana ar minimālu sistēmisku toksicitāti. Krūts vēža neoadjuvantā terapijā patoloģiskās pilnīgas atbildes reakcijas (pCR) rādītājs 2 cm diapazonā ap biopsijas traktu sasniedz 85%, parādot tās potenciālu kā lokalizētu intensīvu ārstēšanu.

Robotu palīdzība un AI lēmumu pieņemšana{0}}paaugstina darbības precizitāti. Manuālās biopsijas trāpījuma biežums bojājumiem, kas mazāki par 1 cm, ir tikai 80–85%, kas ir jutīgi pret elpošanas kustību, orgānu pārvietošanos un operatora pieredzi. Robotiskās biopsijas sistēmas piestiprina biopsijas adatas uz mehāniskajām rokām, panākot 0,8 mm pozicionēšanas precizitāti, izmantojot elektromagnētisko navigāciju vai CT vadību. Sīku plaušu mezgliņu (5–8 mm) noteikšanas ātrums ir uzlabots no 68% līdz 95%.

AI pirmsoperācijas plānošanas sistēmas analizē CT angiogrāfiju, lai automātiski izveidotu optimālus punkcijas ceļus, izvairoties no asinsvadiem. Intraoperatīvie elpošanas izsekošanas moduļi prognozē elpošanas kustību un izraisa punkciju izelpas beigās. Pēc-procedūras mākslīgais intelekts nekavējoties novērtē parauga pietiekamību un iesaka veikt papildu punkciju, ja paraugu ņemšana nav pietiekama.