Sự phát triển nền tảng: Bước nhảy vọt về công nghệ của kim sinh thiết từ công cụ lấy mẫu đến hệ thống chẩn đoán tích hợp

Từ khóa: Nền tảng kim sinh thiết thông minh + Thời gian thực-trong phân tích trên cơ thể sống và hướng dẫn trị liệu nhắm mục tiêu

Hướng tiến hóa cuối cùng của kim sinh thiết hiện đại là vượt qua chức năng duy nhất là lấy mẫu mô và phát triển thành nền tảng chẩn đoán và điều trị thu nhỏ tích hợpchẩn đoán in vivo, lấy mẫu chính xác,-phản hồi theo thời gian thực và liệu pháp nhắm mục tiêu. Về cơ bản, quá trình chuyển đổi này nâng cấp kim sinh thiết từ công cụ thu thập mô-thụ động thành các nút hoạt động để ra quyết định-lâm sàng. Trong không gian nhỏ bé của đầu kim, giờ đây có thể thực hiện được các chức năng phức tạp mà trước đây cần nhiều-thiết bị y tế quy mô lớn.

Việc tích hợp các cảm biến đa phương thức bắt đầu kỷ nguyên bệnh lý in vivo. Sinh thiết truyền thống dựa trên quy trình ex vivo bao gồm lấy mẫu, cố định, cắt lát, nhuộm màu và kiểm tra bằng kính hiển vi, mất từ ​​2 đến 5 ngày. Kim sinh thiết thông minh-thế hệ mới được tích hợp các cảm biến-vi mô đa dạng ở đầu để ghi lại các đặc tính mô theo thời gian thực-trong quá trình đâm thủng.

Quang phổ trở kháng điện hóa là công nghệ tích hợp hoàn thiện nhất. Các mô riêng biệt (bình thường, tăng sản, không điển hình và ác tính) biểu hiện các đường cong tần số-trở kháng đặc trưng. Các điện cực vi-ở đầu kim quét trong vòng 0,1–10 MHz và phân biệt các tổn thương lành tính và ác tính trong vòng 0,5 giây, đạt độ nhạy 92% và độ đặc hiệu 87% đối với các tổn thương vú. Đầu dò chụp cắt lớp kết hợp quang học thu nhỏ (OCT) có tính năng tích hợp cao hơn: sợi quang được nhúng vào các cửa sổ bên của đầu kim để thu được hình ảnh mô vi cấu trúc thông qua quét quay với độ phân giải 10 μm. Nó có thể phân biệt ung thư biểu mô ống tại chỗ (với cấu trúc hình hoa hồng đặc trưng) với ung thư biểu mô xâm lấn trong thời gian thực. Trong sinh thiết nốt phổi ngoại vi, kim được trang bị OCT{13}}xác minh mô khối u thay vì giả u viêm trước khi lấy mẫu, loại bỏ các sinh thiết không cần thiết với giá trị tiên đoán âm tính là 94%.

Phân tích môi trường vi mô cho thấy sự không đồng nhất của khối u. Giá trị pH, áp suất oxy một phần và nồng độ chất chuyển hóa của vi môi trường khối u (TME) ảnh hưởng trực tiếp đến đáp ứng điều trị. Kim phân tích đa chức năng tích hợp ba cảm biến trên đầu 22G: điện cực pH, cảm biến oxy và điện cực enzyme để phát hiện glucose và lactate, ghi lại một bộ dữ liệu cứ sau 0,5 giây trong quá trình đâm thủng.

Các nghiên cứu lâm sàng chỉ ra rằng nồng độ lactate trong ung thư vú bộ ba âm tính-âm tính cao hơn 2,3 lần so với ung thư vú dương tính với thụ thể hormone-, điều này giải thích một phần độ nhạy hóa trị cao hơn của ung thư vú trước đó. Kim sinh thiết vi lọc tiên tiến hơn sử dụng màng lọc sợi rỗng bọc đầu kim. Dịch truyền tuần hoàn với tốc độ 0,5 μL/phút và dịch thu hồi chứa các chất chuyển hóa phân tử nhỏ-, cytokine và DNA-không có tế bào. Trong sinh thiết khối u não, mẫu mô và dịch lọc vi mô được thu thập đồng thời; cái trước phục vụ cho chẩn đoán mô học trong khi cái sau dùng để phân tích chuyển hóa, thực hiện giải thích đồng bộ về hình thái mô và chức năng sinh học.

Chẩn đoán phân tử tức thì sẽ định hình lại dòng thời gian của việc ra quyết định điều trị-. Thông thường, xét nghiệm di truyền EGFR sau khi sinh thiết ung thư phổi mất trung bình từ 7 đến 10 ngày, trong thời gian đó các khối u có thể tiến triển. Hệ thống PCR trên kim- đạt đượcchẩn đoán nội{0}}thủ tục. Chip vi lỏng được tích hợp vào tay cầm kim sinh thiết. Sau khi lấy mẫu, dịch mô sẽ tự động chảy vào chip, hoàn tất quá trình trích xuất DNA, khuếch đại PCR và phát hiện đột biến trong vòng 45 phút. Hiện tại, có thể phát hiện được 8 gen điều khiển ung thư phổi bao gồm EGFR, ALK và ROS1, với độ chính xác 98,7% với kết quả xét nghiệm của phòng thí nghiệm trung tâm.

Kim bệnh lý kỹ thuật số thậm chí còn đi xa hơn: camera thu nhỏ ở đầu kim chụp ảnh tế bào và thuật toán AI nhúng tiến hành phân tích thời gian thực-trong quá trình phẫu thuật, đạt độ chính xác chẩn đoán 97% đối với ung thư biểu mô tuyến giáp dạng nhú và tránh được các ca phẫu thuật thứ cấp.

Việc tích hợp sinh thiết và liệu pháp tại chỗ sẽ hoàn tất-trong-một chẩn đoán và điều trị. Kim sinh thiết tần số vô tuyến thể hiện sự tích hợp như vậy: trước tiên chúng thu hoạch các mẫu mô, sau đó cung cấp năng lượng tần số vô tuyến (460 kHz) ở đầu để cắt bỏ các mô trong bán kính 5 mm xung quanh đường sinh thiết, đạt được cả chẩn đoán và điều trị các tổn thương nhỏ. Đối với các khối u thận nhỏ hơn 1,5 cm, chẩn đoán và điều trị triệt để được hoàn thành trong một thủ thuật, với tỷ lệ sống sót không tái phát sau 3 năm là 96%.

Kim sinh thiết-rửa thuốc-được phủ một lớp màng paclitaxel giải phóng-liên tục trên trục. Chấn thương vi mô do sinh thiết tạo ra giúp tăng cường khả năng thẩm thấu của thuốc, dẫn đến nồng độ thuốc tại chỗ cao hơn 1.000 lần so với tiêm tĩnh mạch với độc tính toàn thân tối thiểu. Trong liệu pháp tân bổ trợ cho bệnh ung thư vú, tỷ lệ đáp ứng bệnh lý hoàn toàn (pCR) trong phạm vi 2 cm xung quanh đường sinh thiết đạt 85%, chứng tỏ tiềm năng của nó là điều trị tích cực cục bộ.

Sự hỗ trợ của rô-bốt và việc ra quyết định bằng AI-nâng cao độ chính xác trong hoạt động. Tỷ lệ thành công của sinh thiết thủ công đối với các tổn thương nhỏ hơn 1 cm chỉ là 80%–85%, dễ bị chuyển động hô hấp, dịch chuyển cơ quan và kinh nghiệm của người vận hành. Hệ thống sinh thiết robot gắn kim sinh thiết trên cánh tay cơ khí, đạt được độ chính xác định vị 0,8 mm thông qua điều hướng điện từ hoặc hướng dẫn CT. Tỷ lệ phát hiện các nốt phổi nhỏ (5–8 mm) được cải thiện từ 68% lên 95%.

Hệ thống lập kế hoạch trước phẫu thuật AI phân tích ảnh chụp động mạch CT để tự động tạo ra các đường đâm thủng tối ưu tránh mạch máu. Các mô-đun theo dõi hô hấp trong khi phẫu thuật dự báo chuyển động hô hấp và kích hoạt chọc thủng khi kết thúc quá trình thở ra. Sau-quy trình, AI ngay lập tức đánh giá mức độ đầy đủ của mẫu và đề xuất chọc thủng bổ sung nếu việc lấy mẫu không đầy đủ.