皮肤肿瘤（上图）经过一种新型的造影剂处理后，借助先进的医学成像装置，可以更为清晰地观察到皮肤肿瘤细胞（下图）。图片来源：American Chemical Society。
黑素瘤是一种不太常见的皮肤肿瘤。它主要分布于皮肤表面，所以也是皮肤癌的前期症状。黑色素瘤死亡率高，几率达75%，患者应及时诊断和治疗。处于黑色素瘤早期阶段的患者存活5年的几率非常高，达98%，但如果处于晚期阶段或出现复发，那么存活5年的几率则会大大减少。鉴于此，首次手术的正确性非常重要，它的目的是切除肿瘤，并尽可能不切除肿瘤边缘的健康组织。然而，至今没有一种成像技术可以帮助外科医生准确确认黑色素瘤与健康组织的边界。相反，外科医生往往不得不切除一些健康组织，以便确保已完全切除肿瘤。
近日，美国华盛顿大学的两位科学家开发出一种技术，它可以解决上述问题。相关结果发表在美国化学会主办的《纳米》（Nano）杂志7月刊上。这项技术由一种成像技术与一种造影剂结合而成。前者由生物医学工程系Gene K. Beare杰出教授Lihong Wang（汪立宏）开发，后者由James M. Mayer教授的研究小组的Younan Xia教授发明。这项技术可以产生令人震惊的、非常清晰的肿瘤三维图像。
光声层析成像（Photoacoustic tomography）
这项成像技术是在100年前由Alexander Graham Bell发现的光声效应的基础上开发而成的。Bell将这个效应应用到他认为是自己最伟大的发明——“光电话（photophone）”上。光电话将声音转为光，然后进行光传递，最后在接听处将光转换回声音。
光声效应中，物质受到光照射后，将吸收的光能转为热能，温度上升导致热弹性扩张。“这与加热气球，令它膨胀的现象非常相似。”Wang说道。如果光的脉冲频率恰当，材料就会膨胀和收缩，产生声波。“我们检测了组织周围的声音信号，此时此刻，这就变成了一个数学问题了”。Wang继续说道。“我们随后采用计算机来重构肿瘤的影像。实际上，我们是在倾听肿瘤的结构，而不是在看它的结构。如果单纯依靠光学影像，很难深入观察组织结构，因为光会被吸收而散射掉。”
光声层析成像（PAT）技术可以观察吸收光的组织的内部结构，因为与光相比，组织中的声音很少散射。“PAT技术将组织的透明度提高了2~3个数量级。”Wang说。此外，这种技术比其它多种成像技术更为安全。它所采用的光子的能量仅仅为2.0电子伏，而X射线则为数千电子伏。正电子发射断层扫描（PET）同样需要高能量的光子。
更灵活的造影剂
由于黑色素瘤的光声图像的边界比较模糊。为了增强恶性组织与健康组织之间的对比度，Xia往恶性组织中加入金元素。“金比生物材料更擅长散射及吸收光。一个笼状金奈米 (Gold Nanocage)颗粒吸收的光相当于一百万个黑色素分子吸收的光。”Xia说道。
Xia的造影剂含有许多中空的、非常细小的笼状金奈米颗粒。通过调整大小以及几何形状，这些颗粒就可以吸收或散射广大范围的光了。这也正是纳米粒子与金块的不同之处。
在光声成像中，Xia等人将笼状金奈米颗粒调整为吸收780纳米的光的结构。这个波长的光可以渗透进入几英寸的机体组织中。一旦将笼状金奈米颗粒注射入机体，它们往往会在肿瘤组织中积累，因为肿瘤血管处的细胞非常杂乱无章。但Xia等人将笼状金奈米颗粒与荷尔蒙相结合从而提高了颗粒的吸收率。此处用的荷尔蒙可与黑色素瘤细胞中的荷尔蒙受体结合。
这种荷尔蒙其实就是α-黑素细胞刺激素，只要细微改变它的结构就可以让它更稳定。α-黑素细胞刺激素通常刺激皮肤和头发生长并释放黑色素。在多种癌症中，α-黑素细胞刺激素似乎刺激癌症细胞的生长。癌症细胞通常比正常细胞产生更多的荷尔蒙受体。
在以小鼠为对象的实验中，黑色素瘤吸收的“功能性”笼状金奈米颗粒的数量是覆盖有惰性化学成分的笼状金奈米颗粒的4倍。在造影剂的作用下，黑色素瘤的光声信号强了36倍。平时裸眼不可见的小鼠皮下的黑色素瘤在光声影像下一览无遗。这下外科医生们做起手术来更方便了。
原文检索：http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100811125949.htm
