Cancer probe distinguishes tumour cells from healthy tissue during surgery / La sonda del cancro distingue le cellule tumorali dal tessuto sano durante l'intervento chirurgico.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

The MasSpec Pen is simple to use during surgery Image: UT Austin La penna MasSpec è semplice da usare durante l'intervento chirurgico

Texas team develops handheld device that promises more accurate tumour removal

The most crucial role of a cancer surgeon is to remove all traces of a tumour during the operation. Unfortunately, it’s also one of the most difficult. Distinguishing between cancerous cells and healthy tissue, especially at the boundary of a tumour, is far from easy even for the most experienced surgeons, and leftover cancer cells can grow into new tumours or spread elsewhere in the body

A team from the University of Texas at Austin (UT Austin) has now developed a device that can be used during surgery to give a rapid determination of whether cells at a tumour boundary are healthy or cancerous, thereby improving the accuracy and effectiveness of surgery and reducing the risk of recurrence of cancer. The size and shape of a pen, the device works on contact using the technique of mass spectrometry; the team, therefore, calls it a MasSpec Pen.

“If you talk to cancer patients after surgery, one of the first things many will say is ‘I hope the surgeon got all cancer out,’ ” says Livia Schiavinato Eberlin, a chemist at UT Austin who designed the study and led the team. “It’s just heartbreaking when that’s not the case. But our technology could vastly improve the odds that surgeons really do remove every last trace of cancer during surgery.”

Currently, surgeons can use a technique called frozen section analysis during operations to determine the boundary between a tumour and healthy cells. However, each sample can take 30 minutes or more to prepare and analyse, increasing the risk of infection and of problems with anaesthesia. Moreover, for some cancers this technique is unreliable.

The MasSpec pen works by analysing the molecules produced by cells during their normal processes, such as generating energy and getting rid of waste products. Known as metabolites, these molecules can be used to identify cancer cells because the cells grow out of control and their metabolisms are therefore very different from healthy cells. “Because the metabolites in cancer and normal cells are so different, we extract and analyze them with the MasSpec Pen to obtain a molecular fingerprint of the tissue,” said Eberlin. “What is incredible is that through this simple and gentle chemical process, the MasSpec Pen rapidly provides diagnostic molecular information without causing tissue damage.”

When the pen probe is placed against living tissue, it releases a drop of water that dissolves metabolites released by the tissue. The liquid is drawn back into the probe and pumped to a mass spectrometer, which analyzes the dissolved molecules, compares the results to a statistical database of molecular fingerprints and sends a message to a monitor screen displaying the words “normal” or “cancer”. In some types of a tumour, it can also determine the subtype of cancer. “When designing the MasSpec Pen, we made sure the tissue remains intact by coming into contact only with water and the plastic tip of the MasSpec Pen during the procedure,” said Jiang Zhang, who led the experimental team. “The result is a biocompatible and automated medical device that we are so excited to translate to the clinic very soon.”

In a paper in Science Translational Medicine, the team describes tests on tissue removed from 253 human cancer patients, in which the MasSpec Pen displayed greater than 96 per cent accuracy and provided results within 10 seconds, even on samples that contained a mixture of cancerous and healthy cells. The device was tested on tumours from lungs, ovaries, breast tissue and thyroid glands. The team also confirmed that the device does not harm tissue in tests on tumour-containing live mice.

The team hopes to begin clinical trials on humans in 2018. “Anytime we can offer the patient a more precise surgery, a quicker surgery or a safer surgery, that’s something we want to do,” said James Suliburk, head of endocrine surgery at Baylor College of Medicine in Houston and a collaborator on the project. “This technology does all three. It allows us to be much more precise in what tissue we remove and what we leave behind.”

ITALIANO

Il gruppo di Texas ha sviluppato un dispositivo palmare che promette una rimozione tumorale più accurata
Il ruolo più importante di un chirurgo del cancro è rimuovere tutte le tracce di un tumore durante l'operazione. Purtroppo, è anche uno dei più difficili. La distinzione tra cellule cancerose e tessuti sani, in particolare al confine di un tumore, è tutt'altro che facile anche per i chirurghi più esperti e le cellule tumorali rimaste possono crescere in nuovi tumori o diffondersi altrove nel corpo
Un gruppo dell'Università del Texas a Austin (UT Austin) ha ora sviluppato un dispositivo che può essere utilizzato durante l'intervento chirurgico per dare una rapida determinazione se le cellule ad un limite tumorale siano sane o cancerose, migliorando così la precisione e l'efficacia dell'intervento e riducendo il rischio di recidiva del cancro. Con la dimensione e la forma di una penna, il dispositivo funziona a contatto utilizzando la tecnica della spettrometria di massa; il gruppo lo ha chiamato pertanto una penna MasSpec.
"Se parliamo ai pazienti affetti da tumore dopo l'intervento chirurgico, una delle prime cose che molti affermeranno è" spero che il chirurgo abbia rimosso tutto il cancro ", dice Livia Schiavinato Eberlin, un chimico dell'UT Austin che ha progettato lo studio e ha guidato il gruppo . "È solo straziante se non è così. Ma la nostra tecnologia potrebbe migliorare notevolmente le probabilità che i chirurghi veramente eliminino ogni ultima traccia del cancro durante l'intervento chirurgico ".
Attualmente, i chirurghi possono utilizzare una tecnica chiamata analisi della sezione congelata durante le operazioni per determinare il confine tra tumore e cellule sane. Tuttavia, ogni campione può richiedere 30 minuti o più per preparare e analizzare, aumentando il rischio di infezione e di problemi con l'anestesia. Inoltre, per alcuni tumori questa tecnica è inaffidabile.
La penna MasSpec lavora analizzando le molecole prodotte dalle cellule durante i loro normali processi, come la generazione di energia e la liberazione di prodotti di scarto. Conosciute come metaboliti, queste molecole possono essere utilizzate per identificare le cellule tumorali perché le cellule crescono fuori controllo e i loro metabolismi sono quindi molto diversi dalle cellule sane. "Poiché i metaboliti del cancro e delle cellule normali sono così diversi, estraiamo e analizziamo con la MasSpec Pen per ottenere un'impronta molecolare del tessuto", ha dichiarato Eberlin. "Quello che è incredibile è che attraverso questo processo chimico semplice e dolce, la penna MasSpec fornisce rapidamente informazioni diagnostiche molecolari senza causare danni ai tessuti".
Quando la sonda della penna viene posta contro il tessuto vivente, rilascia una goccia d'acqua che scioglie i metaboliti liberati dal tessuto. Il liquido viene ritirato nella sonda e pompato verso uno spettrometro di massa che analizza le molecole disciolte, confronta i risultati con un database statistico di impronte digitali e invia un messaggio a uno schermo monitor che mostra le parole "normale" o "cancro". In alcuni tipi di tumore può anche determinare il sottotipo del cancro. "Durante la progettazione della penna MasSpec, abbiamo assicurato che il tessuto rimanga intatto entrando in contatto solo con acqua e la punta plastica della penna MasSpec durante la procedura", ha detto Jiang Zhang, che ha guidato la squadra sperimentale. "Il risultato è un dispositivo medico biocompatibile e automatizzato che siamo così eccitati per tradurre in un dispositivo clinico molto presto".
In un documento della Science Translational Medicine, il gruppo descrive i test su tessuto rimosso da 253 pazienti affetti da tumore umano, in cui la penna MasSpec ha mostrato una precisione superiore al 96 per cento e ha fornito risultati entro 10 secondi, anche su campioni che contenevano una miscela di cancro e cellule sane. Il dispositivo è stato testato su tumori provenienti da polmoni, ovaie, tessuti mammari e tiroide. La gruppo ha anche confermato che il dispositivo non danneggia il tessuto nei test sui topi vivi contenenti tumori.
Il gruppo spera di iniziare le sperimentazioni cliniche sugli esseri umani nel 2018. "Ogni volta che possiamo offrire al paziente una chirurgia più precisa, una chirurgia più veloce o una chirurgia più sicura, questo è qualcosa che vogliamo fare", ha dichiarato James Suliburk, capo della chirurgia endocrina a Baylor College of Medicine di Houston e un collaboratore del progetto. "Questa tecnologia migliora tutti e tre questi aspetti. Ci permette di essere molto più precisi su quali tessuti rimuovamo e ciò che lasciamo dietro ".

Da:

https://www.theengineer.co.uk/cancer-probe-distinguishes-tumour-from-healthy-cells/?cmpid=tenews_3917673&adg=CA40D8F0-63B9-4BE1-90A0-3379B1DDE40E