För att undersöka tumörer, patologer bygger för närvarande på arbetsintensiva mikroskopisk undersökning, med hjälp av sekelgamla cell-färgning metoder som kan ta dagar att genomföra och kan ge felaktiga värden.
En blixtsnabb laserteknik, som leds av Sandia National Laboratories forskare Paul GOURLEY, har gett laborationer av korrekt, i realtid, hög genomströmning identifiering av celler levertumör på ett tidigt stadium, och utan invasiva kemiska reagenser.
Tekniken genererar en laserstråle i samma mänskliga celler pumpas från en kolv genom små mikrokanaler. Balken ändras genom vad den stöter på. Dessa förändringar, som registrerats av en avbildning spektrometer, identifiera omedelbart cancer-modifierade mitokondrier i celler gått fel. Mitokondrierna är känd som nätdel av celler, energigivande dem som batterier ficklampa lökar.
"Det finns hundratals mitokondrier, ibland tusentals, i en cell", säger GOURLEY. "Att se dem på det gamla sättet kräver en tidsödande process som fluorescerande märkning eller en kemisk reagens. Vi har märkt att vi kan se dem direkt av ljus ensam."
De tekniker som kan vara avgörande för att främja tidig upptäckt, diagnostik och behandling av sjukdomar.
Mer tekniskt uttryckt, "För att snabbt bedöma hälsan hos en enda däggdjursceller", säger GOURLEY, "Nyckeln upptäckt var att klarlägga Biophotonic skillnader i normala celler och cancerceller genom användning av intracellulära mitokondrier som biomarkörer för sjukdom. Denna teknik håller löftet för att upptäcka cancer i ett mycket tidigt stadium och kunde nästan eliminera fördröjningar i diagnos och behandling. "
Tekniken är effektiv för att "det mäter förändringar i cellen arkitektur, särskilt de som beror på förändringar i protein densitet, cytoskelettet form och distribution av mitokondrier - förändringar som sker när en cell blir cancer", säger GOURLEY.
"Man skulle kunna tro att om en cell blev icke-funktionella, skulle det bli oorganiserad. Hos cancerpatienter, men det är inte fallet. En cancercell är som en rebell terrorist med en mycket väl definierad dagordning. Det ordnar cytoskelettet och placeringen av mitokondrierna i cellen. Det är inte längre en kooperativ agent i en samling av celler, men blir skadlig, försöker få utanför området, och kapar andnings maskineriet i en cell. "
Det är dessa förändringar - en sorts bör förbättra upp den kriminella krafter - det GOURLEY är enhet, en så kallad biocavity laser, upptäcker.
En nano-tunna lager av gallium kombinationer aluminium arsenid skicka upp många små strålar från en liten tvärsnittsarea genererar området. Dessa balkar är förstärkas eller motverkas av läge och täthet av mitokondrierna.
"De bilder vi får från normala celler och cancerceller är mycket olika," säger GOURLEY. "Mitokondrier konspirerar för att kluster runt kärnan och arbeta tillsammans för att leverera energi till friska, fungerande cell. Däremot mitokondrierna i cancercellen sitter överallt, isolerade och balled upp i en rofylld, icke-fungerande stat. Uppenbarligen snabbt växande cancerceller drar energi från en alternativ källa som gratis glukos i cellen. "
Lyckligtvis är mitokondrien nästan samma storlek som ljusets våglängd på cirka 800 nanometer, en frekvens annars lite absorberas av kroppen. På grund av detta nära match, är lasern extremt känsligt för subtila förändringar i mitokondrierna storlek och effekter av klustring. Hittills har forskargruppen funnit att 90 till 95 procent av ljus som genereras scatter är från optiska egenskaper hos mitokondrierna.