等离子体显微镜载玻片“揭示”了癌细胞的颜色

纳米载玻片为无染色细胞分析提供了一条清晰的途径。

图1 一种新的显微镜载玻片可以转换介电常数的微妙变化，显示引人注目的颜色对比度

澳大利亚的研究人员开发了一种显微镜载玻片，可以通过“揭示”癌细胞的颜色来改善癌症诊断。

由澳大利亚的拉筹伯大学（La Trobe University ）高级分子成像研究委员会卓越中心的布莱恩·阿贝（Brian Abbey）教授及其同事首创的所谓纳米载玻片（NanoMslide），是一种等离子体活性的显微镜载玻片，可以将样品介电常数的细微变化转化为鲜明的颜色对比。阿贝和他的同事已经使用纳米载玻片在组织中辨别癌细胞，其灵敏度优于一些用于临界诊断的商业生物标志物。

正如研究人员在《自然》（Nature）杂志上报道的那样：“这项技术的广泛应用以及它与标准实验室工作流程的结合，可能会证明其应用范围远远超出组织诊断。” 

几十年来，研究人员已经知道，由于细胞内蛋白质分布和整体形状的差异等因素，癌细胞倾向于以不同于健康细胞的方式与光相互作用。虽然在生物成像过程中，通常会将染色剂和染料添加到透明的生物样品中，以生成彩色图像，但这些染料往往会改变样品的性质。考虑到这些点，阿贝和同事使用最新的纳米制作技术，来创建一个可以操纵光线和“添加”颜色的等离子体主动显微镜载玻片。

图2载玻片在玻璃表面结合了几层精细印刷的金属，以操纵光与细胞的相互作用。结果是在显微镜下观察组织时，大大增强的对比度

纳米制剂在墨尔本纳米制造中心（MCN）制作，该中心是澳大利亚国家制造设施（ANFF）的一部分。

正如阿贝所强调的：“通过开发一种特殊的纳米涂层，我们改进了普通显微镜载玻片的表面，并将其转化为一个巨大的传感器。”他补充道：“真正引人注目的是，传感器的结构只有几百纳米宽，但在几十厘米或更大的范围内重复的精度惊人。”当样品放置在载玻片上，通过可见光激活载玻片时，就将介电常数转变为颜色对比度的变化。

正如阿贝及其同事在《自然》杂志上所写：“非凡的光学对比度涉及光与金属表面自由电子集体振荡的共振相互作用，称为表面等离子体激元。”

当透射光通过载玻片上的一组波长光阑时（载玻片与薄电介质试样接触），光谱发生了变化。当使用标准透射亮场显微镜对样品进行成像时，这会导致与局部样品厚度和/或介电常数相关的空间分辨颜色分布，从而产生显著的颜色对比效果。

图3 使用纳米载玻片来观察未染色的癌组织。 [拉筹伯大学]

根据阿贝的说法，这可能意味着很难通过等离子体增强的颜色对比度在可见光透射图像中清楚地看到光学透明样品中的特征。他说：“纳米载玻片使组织呈现出美丽的全彩对比，使得在一张玻片上更容易区分多种类型的细胞。”。

研究人员利用小鼠模型和患者组织，与乳腺癌病理学家一起测试了他们的纳米载玻片。在小鼠模型中，研究人员确信从样本中看到的一些表明癌细胞的特定颜色。在对患者组织进行更复杂的病理学评估时，纳米载玻片也表现强劲，优于一些商业生物标记物，这些标记物被用作边界诊断的辅助手段。

“这是我第一次看到癌细胞突然出现在我面前，”艾比的同事、彼得·麦克卡勒姆癌症中心的贝琳达·帕克（Belinda Parker）教授说。她补充道：“我们所做的只是取一段乳腺癌组织，放在载玻片上，在传统光学显微镜下观察。我们可以很容易地将癌细胞与周围的正常组织区分开来。”。“这张幻灯片还将乳腺癌与其他非癌性异常区分开来，这对早期癌症诊断有很大的希望。”

研究人员现在也在测试他们的液体活组织切片载玻片，并希望扩大生产，这将使他们能够探索进一步的应用，并生产出进一步临床验证所需的载玻片数量。

阿贝说：“这项技术也可能对不断增长的数字病理学空间产生巨大的好处，在那里，纳米载玻片产生的鲜艳色彩可以帮助开发下一代人工智能算法来识别疾病的迹象。”。

该项研究发表在《自然》杂志上。

符斌  供稿