วิวัฒนาการของแพลตฟอร์ม: การก้าวกระโดดทางเทคโนโลยีของเข็มตรวจชิ้นเนื้อจากเครื่องมือเก็บตัวอย่างไปจนถึงระบบการวินิจฉัยแบบรวม

คำหลัก: แพลตฟอร์มเข็มตรวจชิ้นเนื้ออัจฉริยะ +-เวลาจริงในการวิเคราะห์ร่างกายและคำแนะนำการบำบัดแบบกำหนดเป้าหมาย

ทิศทางวิวัฒนาการขั้นสูงสุดของเข็มชิ้นเนื้อสมัยใหม่คือการก้าวข้ามฟังก์ชันเดียวของการสุ่มตัวอย่างเนื้อเยื่อ และพัฒนาไปสู่แพลตฟอร์มการวินิจฉัยและการรักษาขนาดเล็กที่บูรณาการการวินิจฉัยภายในร่างกาย การสุ่มตัวอย่างที่แม่นยำ การตอบรับแบบเรียลไทม์ และการรักษาแบบกำหนดเป้าหมาย. โดยพื้นฐานแล้ว การเปลี่ยนแปลงนี้จะอัปเกรดเข็มตรวจชิ้นเนื้อจากเนื้อเยื่อเชิงรับ-เครื่องมือเก็บเกี่ยวไปเป็นโหนดที่ทำงานอยู่สำหรับการตัดสินใจทางคลินิก- ภายในพื้นที่เล็กๆ ของปลายเข็ม ขณะนี้สามารถบรรลุฟังก์ชันที่ซับซ้อนซึ่งก่อนหน้านี้ต้องใช้อุปกรณ์ทางการแพทย์ขนาดใหญ่-หลายเครื่องได้แล้ว

การบูรณาการเซ็นเซอร์หลายรูปแบบเป็นการเริ่มต้นยุคของพยาธิวิทยา ในสิ่งมีชีวิต การตัดชิ้นเนื้อแบบดั้งเดิมอาศัยกระบวนการสุ่มตัวอย่าง การตรึง การตัด การย้อมสี และการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งจะใช้เวลา 2 ถึง 5 วัน เข็มตรวจชิ้นเนื้ออัจฉริยะ-รุ่นใหม่ฝังอยู่กับเซ็นเซอร์ไมโคร-ที่หลากหลายที่ส่วนปลายเพื่อบันทึกคุณสมบัติของเนื้อเยื่อแบบเรียลไทม์-ในระหว่างการเจาะ

สเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์เคมีไฟฟ้าเป็นเทคโนโลยีบูรณาการที่พัฒนามากที่สุด เนื้อเยื่อที่แตกต่างกัน (ปกติ ไฮเปอร์พลาสติก ผิดปกติ และเนื้อร้าย) แสดงกราฟความถี่อิมพีแดนซ์ที่มีลักษณะเฉพาะ- อิเล็กโทรดไมโคร-ที่การสแกนปลายเข็มภายใน 0.1–10 MHz และแยกแยะรอยโรคที่ไม่ร้ายแรงและร้ายแรงภายใน 0.5 วินาที ทำให้ได้ความไว 92% และความจำเพาะ 87% สำหรับรอยโรคเต้านม หัววัดเอกซเรย์เชื่อมโยงกันด้วยแสง (OCT) ขนาดจิ๋วมีการบูรณาการที่สูงกว่า: เส้นใยแสงถูกฝังอยู่ในหน้าต่างด้านข้างของปลายเข็มเพื่อรับภาพเนื้อเยื่อโครงสร้างจุลภาคผ่านการสแกนแบบหมุนด้วยความละเอียด 10 μm สามารถแยกแยะมะเร็งท่อนำไข่ในแหล่งกำเนิด (ที่มีโครงสร้างรูปดอกกุหลาบที่มีลักษณะเฉพาะ) ออกจากมะเร็งที่ลุกลามได้แบบเรียลไทม์ ในการตรวจชิ้นเนื้อก้อนเนื้อในปอดส่วนปลาย เข็มที่ติดตั้ง OCT- จะตรวจสอบเนื้อเยื่อเนื้องอกมากกว่าเนื้องอกเทียมที่มีการอักเสบก่อนการสุ่มตัวอย่าง โดยจะกำจัดการตัดชิ้นเนื้อที่ไม่จำเป็นโดยมีค่าพยากรณ์เชิงลบที่ 94%

การวิเคราะห์สภาพแวดล้อมจุลภาคเผยให้เห็นความแตกต่างของเนื้องอก ค่า pH ความดันออกซิเจนบางส่วน และความเข้มข้นของสารเมตาบอไลต์ของสภาพแวดล้อมจุลภาคของเนื้องอก (TME) ส่งผลโดยตรงต่อการตอบสนองต่อการรักษา เข็มวิเคราะห์แบบมัลติฟังก์ชั่นรวมเซ็นเซอร์สามตัวบนทิป 22G ได้แก่ อิเล็กโทรด pH เซ็นเซอร์ออกซิเจน และอิเล็กโทรดเอนไซม์สำหรับการตรวจจับกลูโคสและแลกเตต โดยบันทึกชุดข้อมูลทุกๆ 0.5 วินาทีในระหว่างการเจาะ

การศึกษาทางคลินิกระบุว่าความเข้มข้นของแลคเตทในมะเร็งเต้านมแบบทริปเปิล-นั้นสูงกว่าความเข้มข้นของแลคเตทในมะเร็งเต้านมชนิดรับฮอร์โมน- เชิงบวกถึง 2.3 เท่า ซึ่งบางส่วนอธิบายความไวของเคมีบำบัดที่สูงขึ้นของมะเร็งเต้านมแบบแรก เข็มตรวจชิ้นเนื้อเพื่อฟอกไตขั้นสูงจะใช้เยื่อกรองฟอกไตแบบเส้นใยกลวงพันทิป ของเหลวกำซาบจะไหลเวียนที่อัตรา 0.5 ไมโครลิตร/นาที และของเหลวที่นำกลับมาใช้ใหม่ประกอบด้วย-สารเมตาบอไลต์ของโมเลกุลขนาดเล็ก ไซโตไคน์ และ-ดีเอ็นเอที่ปราศจากเซลล์ ในการตรวจชิ้นเนื้อเนื้องอกในสมอง ตัวอย่างเนื้อเยื่อและไมโครไดอะไลเซตจะถูกรวบรวมพร้อมกัน แบบแรกใช้สำหรับการวินิจฉัยทางเนื้อเยื่อวิทยา ในขณะที่แบบหลังสำหรับการวิเคราะห์เมแทบอลิซึม ทำให้เกิดการตีความทางสัณฐานวิทยาของเนื้อเยื่อและการทำงานทางชีวภาพแบบซิงโครนัส

การวินิจฉัยระดับโมเลกุลแบบทันทีจะกำหนดกรอบเวลาของการตัดสินใจในการรักษา-ใหม่ ตามอัตภาพ การทดสอบทางพันธุกรรม EGFR หลังจากการตรวจชิ้นเนื้อมะเร็งปอดจะใช้เวลาโดยเฉลี่ย 7 ถึง 10 วัน ในระหว่างนี้เนื้องอกอาจดำเนินไป บน-ระบบ PCR แบบเข็มบรรลุผลสำเร็จการวินิจฉัยภายใน-หัตถการ. ชิปไมโครฟลูอิดิกถูกรวมเข้ากับด้ามจับเข็มตรวจชิ้นเนื้อ หลังจากการสุ่มตัวอย่าง ของเหลวในเนื้อเยื่อจะไหลเข้าสู่ชิปโดยอัตโนมัติ ทำให้การสกัด DNA, การขยาย PCR และการตรวจจับการกลายพันธุ์เสร็จสิ้นภายใน 45 นาที ปัจจุบันสามารถตรวจพบยีนที่ขับเคลื่อนมะเร็งปอดได้ 8 ยีน ได้แก่ EGFR, ALK และ ROS1 โดยมีความสอดคล้องกับผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการส่วนกลางถึง 98.7%

เข็มทางพยาธิวิทยาแบบดิจิทัลก้าวไปไกลกว่านั้น: กล้องขนาดเล็กที่ปลายเข็มจะจับภาพเซลล์ และอัลกอริธึม AI ที่ฝังไว้จะทำการวิเคราะห์แบบเรียลไทม์-ระหว่างการผ่าตัด โดยมีความแม่นยำในการวินิจฉัยมะเร็งต่อมไทรอยด์ชนิด papillary ถึง 97% และหลีกเลี่ยงการผ่าตัดครั้งที่สอง

การบูรณาการการตัดชิ้นเนื้อและการบำบัดเฉพาะจุดทำให้บรรลุผลสำเร็จ{0}}ใน-การวินิจฉัยและการรักษาเพียงครั้งเดียว เข็มตรวจชิ้นเนื้อด้วยความถี่วิทยุแสดงถึงการบูรณาการ โดยจะเก็บตัวอย่างเนื้อเยื่อก่อน จากนั้นจึงส่งพลังงานความถี่วิทยุ (460 kHz) ที่ปลายเพื่อกำจัดเนื้อเยื่อภายในรัศมี 5 มม. รอบๆ ทางเดินชิ้นเนื้อ ทำให้ได้รับการวินิจฉัยและการรักษารอยโรคขนาดเล็ก สำหรับเนื้องอกในไตที่มีขนาดเล็กกว่า 1.5 ซม. การวินิจฉัยและการรักษาขั้นรุนแรงจะเสร็จสิ้นในขั้นตอนเดียว โดยมีอัตราการรอดชีวิตโดยปราศจากการเกิดซ้ำใน 3- ปีที่ 96%

เข็มตัดชิ้นเนื้อยา-จะถูกเคลือบด้วยฟิล์มแพ็กลิทาเซล-ที่ปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องบนแกน การบาดเจ็บขนาดเล็กที่เกิดจากการตรวจชิ้นเนื้อช่วยเพิ่มการซึมผ่านของยา ส่งผลให้ความเข้มข้นของยาในท้องถิ่นสูงกว่าการให้ยาทางหลอดเลือดดำถึง 1,000 เท่า โดยมีความเป็นพิษต่อระบบน้อยที่สุด ในการบำบัดมะเร็งเต้านมแบบเสริมใหม่ อัตราการตอบสนองทางพยาธิวิทยาสมบูรณ์ (pCR) ภายในระยะ 2 ซม. รอบๆ ทางเดินชิ้นเนื้อสูงถึง 85% ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของการรักษาแบบเข้มข้นเฉพาะที่

ความช่วยเหลือของหุ่นยนต์และการตัดสินใจของ AI- ช่วยเพิ่มความแม่นยำในการปฏิบัติงาน อัตราการตรวจชิ้นเนื้อด้วยตนเองสำหรับรอยโรคที่มีขนาดเล็กกว่า 1 ซม. อยู่ที่ 80%–85% เท่านั้น ซึ่งไวต่อการเคลื่อนไหวของระบบทางเดินหายใจ การเคลื่อนตัวของอวัยวะ และประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงาน ระบบตรวจชิ้นเนื้อด้วยหุ่นยนต์จะติดเข็มตรวจชิ้นเนื้อบนแขนกล เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่แม่นยำ 0.8 มม. ผ่านระบบนำทางแม่เหล็กไฟฟ้าหรือเครื่องนำทาง CT อัตราการตรวจพบก้อนเนื้อในปอดขนาดเล็ก (5–8 มม.) ได้รับการปรับปรุงจาก 68% เป็น 95%

ระบบการวางแผนก่อนการผ่าตัดด้วย AI จะวิเคราะห์ CT angiography เพื่อสร้างเส้นทางการเจาะที่เหมาะสมที่สุดโดยอัตโนมัติเพื่อหลีกเลี่ยงหลอดเลือด โมดูลติดตามการหายใจระหว่างผ่าตัดจะคาดการณ์การเคลื่อนไหวของระบบทางเดินหายใจและกระตุ้นให้เกิดการเจาะเมื่อสิ้นสุดการหายใจออก หลัง-ตามขั้นตอน AI จะประเมินความเพียงพอของตัวอย่างทันที และแนะนำให้เจาะเพิ่มเติมหากการสุ่มตัวอย่างไม่เพียงพอ