引言
弥漫性胶质瘤是手术最难治疗的脑肿瘤之一。其浸润性意味着肿瘤细胞可以扩散到周围健康脑组织中，使外科医生在手术中难以区分癌变区域和正常区域。胶质瘤手术的目标是尽可能多地切除肿瘤，同时保留关键的脑功能，但当边界不清晰时，这种平衡很难实现。传统的成像方法，如MRI，提供了术前视图，但不能完全解决肿瘤边缘发生的微观浸润。术中病理学，通常使用冰冻切片，提供快速反馈，但仅限于可能无法代表整个肿瘤边缘的小型二维样本。
现在，来自复旦大学、华山医院、中山医院、北京神经外科研究所和首都医科大学的研究团队开发了一种名为ULTRA（超快速透明化受激拉曼与AI）的新平台，可以在约30分钟内生成胶质瘤边缘的三维图像。这项技术发表在《细胞》杂志上，结合了快速组织透明化、受激拉曼散射（SRS）显微镜和人工智能，无需传统染色或切片即可提供肿瘤浸润的全面视图。
胶质瘤手术的挑战
胶质瘤是起源于胶质细胞的原发性脑肿瘤，胶质细胞支持并保护神经元。它们以其弥漫性生长模式而闻名，肿瘤细胞沿着白质束和血管迁移，通常远远超出主肿瘤块。这使得完全手术切除几乎不可能，残留的肿瘤细胞可能导致复发。因此，神经外科医生必须依靠术中工具实时识别肿瘤边缘。
目前，标准方法是冰冻切片分析，即取出一小块组织，冷冻、切片并染色进行显微镜检查。虽然这提供了快速的病理信息，但它有几个局限性。样本通常很小，仅代表肿瘤边界的一小部分，二维切片可能会遗漏其他平面中的浸润细胞。此外，冷冻可能引入伪影，染色质量可能变化，可能导致误判。
三维组织学通过保留组织的空间结构提供了更完整的图像，使病理学家能够看到肿瘤细胞如何在整个体积中分布。然而，现有的3D方法速度慢，通常需要数小时或数天进行组织透明化、标记和成像，使其在手术中不实用。
ULTRA：30分钟工作流程
ULTRA通过整合三个关键组件解决了这些限制：快速组织透明化技术、受激拉曼散射显微镜和基于AI的虚拟染色。工作流程从组织样本开始，无论是新鲜还是固定的，都用透明化溶液处理使其透明。这允许光穿透组织更深，实现毫米级深度的成像。
接下来，使用受激拉曼散射显微镜对透明化的组织进行成像，这是一种无标记技术，检测分子振动。SRS提供化学对比度，无需外部染料，并且可以快速成像组织。研究人员优化了SRS系统，以捕获透明化组织的高分辨率图像，生成反映细胞组成和结构的数据。
最后，AI算法执行虚拟染色，将无标记的SRS图像转换为类似于传统组织学染色的图像。这一步至关重要，因为它允许病理学家使用熟悉的染色模式（如H&E）解释图像，而无需耗时的染色过程。AI在配对的SRS和染色图像上训练，以准确预测虚拟染色。
整个过程——从组织接收到最终3D重建——大约需要30分钟，使其适用于术中。这是对现有3D组织学技术的显著改进，后者可能需要数小时甚至数天。
验证与潜在影响
研究人员在胶质瘤患者的手术组织样本上验证了ULTRA。他们证明该平台可以准确识别肿瘤边缘，显示在常规冰冻切片可能遗漏的区域中的浸润性肿瘤细胞。3D图像使他们能够可视化肿瘤的不规则形状及其对周围脑组织的侵袭，为手术决策提供更完整的图像。
ULTRA的关键优势之一是能够实时提供体积信息。外科医生可以在手术中使用该技术评估是否所有肿瘤组织已被切除，降低残留疾病的风险。这可能导致更完全的切除和改善的患者预后。
此外，ULTRA不仅限于胶质瘤。该平台可以适应其他手术边缘至关重要的癌症类型，如乳腺癌、肺癌或前列腺癌。快速透明化、SRS和AI的结合在病理学和外科肿瘤学中具有广泛的应用。
未来方向
虽然ULTRA显示出巨大潜力，但仍需克服挑战。当前系统需要专业设备和专业知识，这可能限制其在主要医疗中心的可用性。研究人员正在努力使该技术更易获得和用户友好。他们还计划扩展AI训练，包括更广泛的组织类型和染色方案。
另一个发展方向是将ULTRA与其他成像方式（如MRI或荧光引导手术）整合，以提供肿瘤的全面视图。结合这些技术可以进一步提高肿瘤边缘评估的准确性。
总之，ULTRA代表了术中病理学的重大进步。通过提供快速、3D、AI增强的组织学，它有可能改变外科医生处理胶质瘤切除的方式，最终改善这些具有挑战性肿瘤患者的预后。
本文基于Medical Xpress的报道。阅读原文。
Originally published on medicalxpress.com