МасСпец Ручка
MasSpec Pen , или Precìso MasSpec Pen System , представляет собой систему обнаружения и диагностики рака на основе масс-спектрометрии (МС), которую можно использовать для ex vivo. [1] и в естественных условиях [2] анализ образцов тканей. Система собирает биологические молекулы с поверхности образца ткани с помощью механизма твердожидкостной экстракции и транспортирует молекулы в масс-спектрометр для анализа. Состав извлеченных молекул затем можно использовать для прогнозирования, содержит ли анализируемый образец ткани раковые клетки, используя алгоритмы машинного обучения и статистические модели. На ранних стадиях клинических исследований система MasSpec Pen смогла отличить различные раковые ткани, включая опухолевые ткани щитовидной железы, молочной железы, легких и яичников, от их нормальных аналогов с общей точностью 96,3%. [1] Последующее исследование, иллюстрирующее использование устройства для обнаружения серозной карциномы яичников в биопсиях тканей ex vivo, позволило различить образцы нормальных и раковых яичников с клинической чувствительностью и специфичностью 94,0% и 94,4% соответственно. [3]
Разработка и текущее использование
[ редактировать ]Ливия С. Эберлин , доктор философии, доцент кафедры химии Техасского университета в Остине , впервые сообщила об изобретении ручки MasSpec Pen в 2017 году. В ее лаборатории это устройство использовалось для анализа биопсий тканей человека, в том числе нормальные и раковые образцы молочной железы, легких, яичников и щитовидной железы. [1] [3] В настоящее время проводится оценка возможности использования MasSpec Pen при биопсии свежевырезанных тканей, а также для интраоперационного использования во время онкологических операций. [4]
Лицензия на ручку MasSpec Pen предоставлена Genio Technologies, Inc., дочерней компании MS Pen Technologies, Inc. [5]
Принцип работы
[ редактировать ]Масс-спектрометрия с ионизацией окружающей среды для диагностики заболеваний
[ редактировать ]Технология MasSpec Pen основана на принципах ионизации окружающей среды , при которой ионы генерируются непосредственно из образца без необходимости тщательной подготовки образца или хроматографического разделения. [6] [7] MasSpec Pen можно далее отнести к категории методов ионизации окружающей среды, основанных на твердожидкостной экстракции, описываемых как методы, в которых используется система растворителей для мягкого извлечения молекул с поверхности образца, которые впоследствии анализируются с помощью масс-спектрометра. [8] Десорбционная ионизация электрораспылением (DESI) была первым методом МС ионизации окружающей среды на основе жидкости. [6] DESI использовал распыление капель заряженного растворителя для бомбардировки поверхности образца с целью десорбции и ионизации молекул с поверхности образца, которые затем направлялись и анализировались с помощью масс-спектрометра. DESI-MS и другие методы МС с ионизацией окружающей среды на основе растворителей широко используются для анализа малых молекул, в первую очередь метаболитов и липидов, непосредственно из образцов биологических тканей для определения их молекулярного состава и использования данных масс-спектра, полученных в диагностических целях. [9] [10] [11] [12] Эти методы были использованы для распознавания нормальных и раковых участков образцов тканей при многих показаниях к солидным опухолям, включая рак молочной железы, [13] [14] мозг, [15] [16] [17] простата, [18] [19] яичник, [20] [21] и колоректальный, [22] среди других. [23] [24] [25] Методы многомерного статистического анализа часто используются для создания статистических моделей на основе масс-спектральных данных, полученных в результате прямого анализа образцов тканей, чтобы различать здоровые и больные ткани.
Механизм анализа MasSpec Pen
[ редактировать ]MasSpec Pen, первоначально описанный в 2017 году, представляет собой метод ионизации окружающей среды на основе растворителя, но отличается от своих предшественников портативным характером устройства, что позволяет анализировать образцы, удаленные от масс-спектрометра, независимо от геометрии. [1] В MasSpec Pen использовался зонд, которым можно манипулировать вручную для проведения анализа. Чтобы использовать систему, кончик «ручки» прикасается к поверхности, с которой будет взята проба, и пользователь запускает процедуру отбора проб, нажав встроенную ножную педаль. Это сигнализирует шприцевому насосу о необходимости доставить небольшую аликвоту растворителя через полимерную трубку в резервуар на кончике «ручки», который остается в контакте с образцом. Затем аналиты экстрагируются из образца в каплю растворителя с помощью механизма твердожидкостной экстракции . После 3-секундного периода экстракции капля всасывается в масс-спектрометр, используя вакуум масс-спектрометра в качестве источника вакуума. Попав внутрь масс-спектрометра, аналиты в капле растворителя десольватируются и ионизируются посредством механизма ионизации на входе . Ионизированные молекулы затем анализируются с помощью анализатора масс-спектрометра, и в результате генерируется масс-спектр.
Диагностика рака с помощью ручки MasSpec Pen
[ редактировать ]MasSpec Pen был разработан для помощи в обнаружении положительных хирургических границ во время процедур удаления солидных опухолей, чтобы помочь в полном иссечении раковых операций. Первоначально устройство использовалось для анализа 253 биоптатов тканей человека, включая нормальные и раковые ткани молочной железы, легких, яичников и щитовидной железы. [1] Масс-спектры, полученные для каждого образца, содержали метаболиты, липиды и некоторые белки, которые были репрезентативными для молекулярного состава анализируемой ткани. Собранные данные для каждого типа ткани затем использовались для разработки статистических моделей, которые могли бы различать нормальные и раковые образцы каждого типа ткани. Перекрестная проверка с исключением одного пациента использовалась для оценки точности моделей для различения нормальных и раковых тканей на основе их молекулярных профилей. Метод позволил диагностировать ткани молочной железы с точностью 95,6%, легких с точностью 96,8% и яичников с точностью 94,7%. Статистические модели также позволили отличить нормальную щитовидную железу от папиллярной карциномы щитовидной железы с точностью 97,8% и от фолликулярной аденомы щитовидной железы с точностью 94,7%. В отчете также продемонстрирована способность технологии MasSpec Pen обнаруживать рак в областях смешанной ткани, содержащей как нормальные, так и раковые клетки, из образца рака яичников. Наконец, авторы продемонстрировали использование этого метода для in vivo анализ опухолевых тканей с использованием анестезированной мышиной модели.
Эффективность MasSpec Pen для диагностики рака яичников была дополнительно оценена в отчете, опубликованном в 2019 году. [3] Авторы проанализировали 160 образцов ткани яичников человека, в том числе 78 нормальных яичников и 82 серозных карциномы, с помощью MasSpec Pen и разработали модели классификации, позволяющие различать нормальные и раковые образцы. Модель смогла отличить образцы нормальных и раковых яичников с общей точностью 98,3%, 100,0% и 92,3% на обучающем, проверочном и тестовом наборе образцов. Кроме того, в отчете оценивалась способность системы MasSpec Pen отличать рак яичников от тканей фаллопиевой трубы и брюшины, двух наиболее распространенных мест метастазирования рака яичников. Точность распознавания рака из тканей фаллопиевой трубы и брюшины составила 87,9% и 92,6% соответственно.
MasSpec Pen также применяется для обнаружения рака поджелудочной железы во время процедур иссечения. [26] MasSpec Pen использовался на образцах тканей как ex vivo, так и in vivo, чтобы отличить здоровую поджелудочную железу от опухолевой ткани поджелудочной железы. Устройство также использовалось для обнаружения раковых границ вблизи соседних структур поджелудочной железы, таких как желчные протоки. Система использовалась при 18 операциях по поводу рака поджелудочной железы, а собранные данные позволили обнаружить раковую ткань с высокой точностью.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Чжан Дж., Ректор Дж., Линь Дж.К., Янг Дж.Х., Санс М., Катта Н. и др. (сентябрь 2017 г.). «Неразрушающий анализ тканей для диагностики рака ex vivo и in vivo с использованием портативной системы масс-спектрометрии» . Наука трансляционной медицины . 9 (406): eaan3968. doi : 10.1126/scitranslmed.aan3968 . ПМК 5830136 . ПМИД 28878011 .
- ^ Китинг М.Ф., Чжан Дж., Фейдер К.Л., Ритейло С., Рид Р., Антарис А. и др. (сентябрь 2020 г.). «Интеграция ручки MasSpec Pen в хирургическую систему да Винчи для анализа тканей in vivo во время роботизированной хирургии на свиньях». Аналитическая химия . 92 (17): 11535–11542. дои : 10.1021/acs.analchem.0c02037 . ПМИД 32786489 . S2CID 221126047 .
- ^ Jump up to: а б с Чжан, Цзялин; Санс, Марта; ДеХог, Рэйчел Дж.; Гарза, Киана Ю.; Кинг, Мэри Э.; Фейдер, Клара Л.; Бенсуссан, Алена; Китинг, Майкл Ф.; Лин, Джон К.; Повилайтис, Сидней; Катта, Нитеш; Милнер, Томас Э.; Ю, Вэньдун; Наги, Чандандип; Дхингра, Садхна; Пирко, Кристофер; Брамбхатт, Киртан А.; Ван Бюрен, Джордж; Картер, Стейси; Фишер, Уильям Э.; Томпсон, Аластер; Гроган, Рэймон Х.; Сулиберк, Джеймс; Эберлин, Ливия С. (16 декабря 2020 г.). «Прямой молекулярный анализ in vivo и свежевырезанных тканей в операциях на человеке с использованием технологии MasSpec Pen». medRxiv 10.1101/2020.14.12.20248101v1 .
- ^ Чжан Дж., Санс М., ДеХуг Р.Дж., Гарза К.Ю., Кинг М.Э., Фейдер К.Л. и др. (16 декабря 2020 г.). «Прямой молекулярный анализ in vivo и свежевырезанных тканей в операциях на человеке с использованием технологии MasSpec Pen». medRxiv 10.1101/2020.14.12.20248101v1 .
- ^ Сигрейвс С. (23 января 2020 г.). «i2E Management Co., Inc. инвестирует 1,25 миллиона долларов в базирующуюся в Талсе компанию MS Pen Technologies, Inc» . i2E .
- ^ Jump up to: а б Кукс Р.Г., Оуян З., Такац З., Уайзман Дж.М. (март 2006 г.). «Технологии обнаружения. Амбиентная масс-спектрометрия». Наука . 311 (5767): 1566–70. дои : 10.1126/science.1119426 . ПМИД 16543450 . S2CID 98131681 .
- ^ Домин М., Коди Р., ред. (2014). Масс-спектрометрия с ионизацией окружающей среды . Новые разработки в масс-спектрометрии. Кембридж: Королевское химическое общество. дои : 10.1039/9781782628026 . ISBN 978-1-84973-926-9 .
- ^ Ласкин Дж. , Ланекофф И. (январь 2016 г.). «Визуализация масс-спектрометрии окружающей среды с использованием методов прямой жидкостной экстракции» . Аналитическая химия . 88 (1): 52–73. дои : 10.1021/acs.analchem.5b04188 . ПМК 5767520 . ПМИД 26566087 .
- ^ Эберлин Л.С., Феррейра Ч.Р., Дилл А.Л., Ифа Д.Р., Кукс Р.Г. (ноябрь 2011 г.). «Десорбционная масс-спектрометрия с ионизацией электрораспылением для определения характеристик липидов и визуализации биологических тканей» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1811 (11): 946–60. дои : 10.1016/j.bbalip.2011.05.006 . ПМК 3205348 . ПМИД 21645635 .
- ^ Кабрал ЕС, Ифа ДР (2015). «DESI-изображение малых молекул в биологических тканях». Масс-спектрометрическая визуализация малых молекул . Методы молекулярной биологии. Том. 1203. Клифтон, Нью-Джерси, стр. 63–77. дои : 10.1007/978-1-4939-1357-2_7 . ISBN 978-1-4939-1356-5 . ПМИД 25361667 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Ифа Д.Р., Эберлин Л.С. (январь 2016 г.). «Масс-спектрометрия с ионизацией окружающей среды для диагностики рака и оценки хирургического запаса» . Клиническая химия . 62 (1): 111–23. дои : 10.1373/clinchem.2014.237172 . ПМК 5315420 . ПМИД 26555455 .
- ^ Ли Н, Не Х, Цзян Л, Жуань Г, Ду Ф, Лю Х (август 2020 г.). «Последние достижения масс-спектрометрической визуализации с ионизацией окружающей среды в клинических исследованиях». Журнал науки о разделении . 43 (15): 3146–3163. дои : 10.1002/jssc.202000273 . ПМИД 32573988 . S2CID 219986812 .
- ^ Поркари А.М., Чжан Дж., Гарза К.Ю., Родригес-Перес Р.М., Лин Дж.К., Янг Дж.Х. и др. (октябрь 2018 г.). «Многоцентровое исследование с использованием десорбции, электрораспыления, ионизации, масс-спектрометрии для диагностики рака молочной железы» . Аналитическая химия . 90 (19): 11324–11332. дои : 10.1021/acs.analchem.8b01961 . ПМЦ 7433752 . ПМИД 30170496 .
- ^ Каллигарис Д., Карагачану Д., Лю Х, Нортон И., Томпсон С.Дж., Ричардсон А.Л. и др. (октябрь 2014 г.). «Применение десорбционно-ионизационной масс-спектрометрии для анализа границ рака молочной железы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (42): 15184–9. Бибкод : 2014PNAS..11115184C . дои : 10.1073/pnas.1408129111 . ПМК 4210338 . ПМИД 25246570 .
- ^ Эберлин Л.С., Нортон И., Оррингер Д., Данн И.Ф., Лю Х, Иде Дж.Л. и др. (январь 2013 г.). «Амбиентная масс-спектрометрия для интраоперационной молекулярной диагностики опухолей головного мозга человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (5): 1611–6. Бибкод : 2013PNAS..110.1611E . дои : 10.1073/pnas.1215687110 . ПМК 3562800 . ПМИД 23300285 .
- ^ Пирро В., Джармуш А.К., Феррейра Ч.Р., Кукс Р.Г. (2017). «Амбиентный липидомный анализ ткани головного мозга с использованием десорбционной масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением (DESI)». В Вуде П. (ред.). Липидомика . Нейрометоды. Том. 125. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York. стр. 187–210. дои : 10.1007/978-1-4939-6946-3_14 . ISBN 978-1-4939-6944-9 .
- ^ Агар Нью-Йорк, Голби А.Дж., Лигон К.Л., Нортон И., Мохан В., Уайзман Дж.М. и др. (февраль 2011 г.). «Разработка стереотаксической масс-спектрометрии для хирургии опухолей головного мозга» . Нейрохирургия . 68 (2): 280–89, обсуждение 290. doi : 10.1227/neu.0b013e3181ff9cbb . ПМЦ 3678259 . ПМИД 21135749 .
- ^ Кериан К.С., Джармуш А.К., Пирро В., Кох М.О., Мастерсон Т.А., Ченг Л., Кукс Р.Г. (февраль 2015 г.). «Дифференциация рака простаты от нормальной ткани в образцах радикальной простатэктомии с помощью десорбционной ионизации электрораспылением и масс-спектрометрии с сенсорной ионизацией распылением» . Аналитик . 140 (4): 1090–8. Бибкод : 2015Ана...140.1090К . дои : 10.1039/C4AN02039A . ПМК 4314440 . ПМИД 25521825 .
- ^ Банерджи С., Заре Р.Н., Тибширани Р.Дж., Кундер К.А., Нолли Р., Фан Р. и др. (март 2017 г.). «Диагностика рака предстательной железы методом десорбции электрораспылением ионизации масс-спектрометрической визуализации малых метаболитов и липидов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (13): 3334–3339. Бибкод : 2017PNAS..114.3334B . дои : 10.1073/pnas.1700677114 . ПМК 5380053 . ПМИД 28292895 .
- ^ Санс М., Гарпур К., Тибширани Р., Чжан Дж., Лян Л., Лю Дж. и др. (июнь 2017 г.). «Метаболические маркеры и статистическое прогнозирование агрессивности серозного рака яичников с помощью масс-спектрометрической визуализации с ионизацией окружающей среды» . Исследования рака . 77 (11): 2903–2913. дои : 10.1158/0008-5472.CAN-16-3044 . ПМК 5750373 . ПМИД 28416487 .
- ^ Дориа М.Л., Маккензи Дж.С., Мроз А., Фелпс Д.Л., Спеллер А., Розини Ф. и др. (декабрь 2016 г.). «Диагностика эпителиальной карциномы яичников с помощью десорбционно-ионизационной масс-спектрометрии» . Научные отчеты . 6 (1): 39219. Бибкод : 2016NatSR...639219D . дои : 10.1038/srep39219 . ПМК 5156945 . ПМИД 27976698 .
- ^ Гербиг С., Гольф О., Балог Дж., Денес Дж., Бараньяй З., Заранд А. и др. (июнь 2012 г.). «Анализ ткани колоректальной аденокарциномы методом десорбционной масс-спектрометрической визуализации с ионизацией электрораспылением». Аналитическая и биоаналитическая химия . 403 (8): 2315–25. дои : 10.1007/s00216-012-5841-x . ПМИД 22447214 . S2CID 25423493 .
- ^ ДеХуг Р.Дж., Чжан Дж., Алоре Э., Лин Дж.К., Ю В., Вуди С. и др. (октябрь 2019 г.). «Предоперационная метаболическая классификация узлов щитовидной железы с использованием масс-спектрометрической визуализации тонкоигольной аспирационной биопсии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (43): 21401–21408. Бибкод : 2019PNAS..11621401D . дои : 10.1073/pnas.1911333116 . ПМК 6815148 . ПМИД 31591199 .
- ^ Эберлин Л.С., Маргулис К., Планелл-Мендес И., Заре Р.Н., Тибширани Р., Лонгакр Т.А. и др. (август 2016 г.). «Границы хирургической резекции рака поджелудочной железы: молекулярная оценка с помощью масс-спектрометрической визуализации» . ПЛОС Медицина . 13 (8): e1002108. дои : 10.1371/journal.pmed.1002108 . ПМК 5019340 . ПМИД 27575375 .
- ^ Эберлин Л.С., Тибширани Р.Дж., Чжан Дж., Лонгакр Т.А., Берри Г.Дж., Бингхэм Д.Б. и др. (февраль 2014 г.). «Молекулярная оценка хирургическо-резекционных границ рака желудка методом масс-спектрометрической визуализации» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (7): 2436–41. Бибкод : 2014PNAS..111.2436E . дои : 10.1073/pnas.1400274111 . ПМЦ 3932851 . ПМИД 24550265 .
- ^ Кинг, Мэри Э.; Чжан, Цзялин; Лин, Джон К.; Гарза, Киана Ю.; ДеХог, Рэйчел Дж.; Фейдер, Клара Л.; Бенсуссан, Алена; Санс, Марта; Кригер, Анна; Бадал, Сунил; Китинг, Майкл Ф.; Вуди, Спенсер; Дхингра, Садна Дж.; Ю, Вэньдун; Пирко, Кристофер; Брамбхатт, Киртан А.; Ван Бюрен, Джордж; Фишер, Уильям Э.; Сулиберк, Джеймс; Эберлин, Ливия С. (13 июля 2021 г.). «Быстрая диагностика и оценка границ опухоли во время операции по поводу рака поджелудочной железы с использованием технологии MasSpec Pen» . Труды Национальной академии наук США . 118 (28): e2104411118. Бибкод : 2021PNAS..11804411K . дои : 10.1073/pnas.2104411118 . ПМЦ 8285949 . ПМИД 34260388 .