אבולוציה של פלטפורמה: קפיצה טכנולוגית של מחטי ביופסיה מכלי דגימה למערכות אבחון משולבות

מילות מפתח: פלטפורמת מחט ביופסיה חכמה +-אנליזה בזמן אמת והדרכה לטיפול ממוקד

הכיוון האבולוציוני האולטימטיבי של מחטי ביופסיה מודרניות הוא להתעלות מעבר לתפקוד היחיד של דגימת רקמות, ולהתפתח לפלטפורמות אבחון וטיפול מיניאטוריות המשלבותאבחון in vivo, דגימה מדויקת,-משוב בזמן אמת וטיפול ממוקד. בעיקרו של דבר, הטרנספורמציה הזו משדרגת מחטי ביופסיה ממכשירי קצירת-רקמות פסיביות לצמתים פעילים לקבלת החלטות- קלינית. בתוך החלל הזעיר של קצה המחט, ניתן לבצע כעת פונקציות מורכבות שבעבר דרשו מספר מכשירים רפואיים בקנה מידה גדול-.

שילוב חיישנים מולטי-מודאליים מתחיל את עידן הפתולוגיה in vivo. ביופסיה מסורתית מסתמכת על זרימת עבודה ex vivo של דגימה, קיבוע, חיתוך, צביעה ובדיקה מיקרוסקופית, הנמשכת 2 עד 5 ימים. מחטי ביופסיה אינטליגנטיות מהדור החדש מוטבעות בחיישני מיקרו-מגוונים בקצה כדי ללכוד מאפייני רקמה בזמן אמת בזמן הדקירה.

ספקטרוסקופיה עכבה אלקטרוכימית היא הטכנולוגיה המשולבת הבוגרת ביותר. רקמות שונות (רגילות, היפרפלסטיות, לא טיפוסיות וממאירות) מציגות עקומות תדירות עכבה- אופייניות. מיקרו-אלקטרודות בקצה המחט סורקות בטווח של 0.1-10 מגה-הרץ ומבדילות בין נגעים שפירים לממאירים תוך 0.5 שניות, ומשיגות רגישות של 92% וספציפיות של 87% לנגעים בשד. בדיקות טומוגרפיה קוהרנטיות אופטית ממוזערות (OCT) כוללות אינטגרציה גבוהה יותר: סיבים אופטיים משובצים בחלונות צד של קצה המחט כדי לרכוש תמונות רקמה מיקרו-סטרוקטורלית באמצעות סריקה סיבובית ברזולוציה של 10 מיקרומטר. זה יכול להבחין בין קרצינומה ductal in situ (עם מבני רוזטה אופייניים) לבין קרצינומה פולשנית בזמן אמת. בביופסיה של בלוטות ריאתיות היקפיות, מחטים המצוידות ב-OCT- מאמתות רקמת גידול ולא פסאודוטומור דלקתי לפני הדגימה, ומבטלות ביופסיות מיותרות עם ערך ניבוי שלילי של 94%.

ניתוח מיקרו-סביבה מגלה הטרוגניות של הגידול. ערך ה-pH, לחץ החמצן החלקי וריכוז המטבוליטים של המיקרו-סביבה של הגידול (TME) משפיעים ישירות על התגובה הטיפולית. מחטים אנליטיות רב-תכליתיות משלבות שלושה חיישנים בקצות 22G: אלקטרודות pH, חיישני חמצן ואלקטרודות אנזים לזיהוי גלוקוז ולקטט, רושמות סט נתונים כל 0.5 שניות במהלך הדקירה.

מחקרים קליניים מצביעים על כך שריכוז הלקטאט בסרטן שד משולש-שלילי גבוה פי 2.3 מזה בסרטן שד חיובי לקולטן הורמונים, מה שמסביר חלקית את הרגישות הגבוהה יותר לכימותרפיה של הראשון. מחטי ביופסיה מתקדמות יותר של מיקרודיאליזה מאמצות ממברנות דיאליזה סיבים חלולים העוטפים את הקצה. נוזל זלוף מסתובב בקצב של 0.5 μL/דקה, והנוזל המוחזר מכיל מטבוליטים קטנים של מולקולות, ציטוקינים ו-DNA חופשי- של תאים. בביופסיה של גידול במוח, דגימות רקמה ומיקרודיאליזט נאספות בו זמנית; הראשון משמש לאבחון היסטולוגי ואילו השני לניתוח מטבולומי, תוך מימוש פרשנות סינכרונית של מורפולוגיה של רקמות ותפקוד ביולוגי.

אבחון מולקולרי מיידי מעצב מחדש את ציר הזמן של קבלת החלטות-תרפויטיות. באופן קונבנציונלי, בדיקה גנטית EGFR לאחר ביופסיה של סרטן ריאות אורכת בממוצע 7 עד 10 ימים, במהלכם הגידולים עשויים להתקדם. מערכות PCR על-מחט משיגותאבחון תוך-פרוצדורלי. שבבים מיקרופלואידיים משולבים בידית מחט הביופסיה. לאחר הדגימה, נוזל הרקמה זורם אוטומטית לתוך השבב, ומשלים מיצוי DNA, הגברה של PCR וזיהוי מוטציות תוך 45 דקות. נכון לעכשיו, ניתן לזהות 8 גנים מובילים לסרטן ריאות כולל EGFR, ALK ו-ROS1, עם עקביות של 98.7% עם תוצאות בדיקות מעבדה מרכזיות.

מחטי פתולוגיה דיגיטלית מרחיבות עוד יותר: מצלמות מיניאטוריות בקצה המחט לוכדות תמונות סלולריות, ואלגוריתמי AI משובצים עורכים ניתוח בזמן אמת תוך{0}}ניתוחי, ומגיעים לדיוק אבחון של 97% עבור קרצינומה של בלוטת התריס הפפילרית ונמנעים מניתוחים משניים.

שילוב של ביופסיה וטיפול מקומי משיג הכל-ב-אבחון וטיפול אחד. מחטי ביופסיה בתדר רדיו מייצגות אינטגרציה כזו: הן קוטפות תחילה דגימות רקמה, ולאחר מכן מעבירות אנרגיית תדר רדיו (460 קילו-הרץ) בקצה כדי לבטל רקמות ברדיוס של 5 מ"מ המקיף את מערכת הביופסיה, ומשיגות גם אבחון וגם טיפול בנגעים קטנים. עבור גידולי כליה קטנים מ-1.5 ס"מ, אבחון וטיפול רדיקלי מסתיימים בהליך אחד, עם שיעור הישרדות ללא הישנות של 3- שנים של 96%.

מחטים לביופסיה-משחררות תרופות מצופות בסרטי פקליטקסל בשחרור-מתמשך על הפיר. מיקרוטראומה הנוצרת מביופסיה משפרת את חדירת התרופה, וכתוצאה מכך ריכוז תרופה מקומי גבוה פי 1,000 ממתן תוך ורידי עם רעילות מערכתית מינימלית. בטיפול ניאו-אדג'ובנטי בסרטן השד, שיעור התגובה השלמה הפתולוגית (pCR) בטווח של 2 ס"מ מסביב למערכת הביופסיה מגיע ל-85%, מה שמוכיח את הפוטנציאל שלו כטיפול אינטנסיבי מקומי.

סיוע ברובוט והחלטות בינה מלאכותית-מגבירים את הדיוק התפעולי. שיעור הפגיעה של ביופסיה ידנית עבור נגעים קטנים מ-1 ס"מ הוא רק 80%-85%, רגישים לתנועת נשימה, תזוזה של איברים וחווית מפעיל. מערכות ביופסיה רובוטיות מרכיבות מחטי ביופסיה על זרועות מכניות, ומשיגות דיוק מיקום של 0.8 מ"מ באמצעות ניווט אלקטרומגנטי או הנחיית CT. שיעור הזיהוי של גושים ריאתיים זעירים (5-8 מ"מ) השתפר מ-68% ל-95%.

מערכות תכנון טרום ניתוחי בינה מלאכותית מנתחות אנגיוגרפיה CT כדי ליצור באופן אוטומטי נתיבי ניקור אופטימליים תוך הימנעות מכלי דם. מודולי מעקב נשימתיים תוך ניתוחיים חוזים תנועת נשימה ומפעילים ניקור בסוף הנשיפה. לאחר-פרוצדורלית, AI מעריך באופן מיידי את כמות הדגימה וממליץ על ניקור משלים אם הדגימה אינה מספקת.