昆虫视觉激发了深层组织分子图谱的非侵入性方法

《先进材料》杂志最近发表了一项研究，介绍了一种监测组织深处分子过程的新方法。这项由以色列理工学院开发的创新有望加速个性化医疗、癌症诊断和早期疾病检测方面的关键进展

这项研究由Hossam Haick教授、博士后研究员Arnab Maity博士和来自Technion Wolfson化学工程学院的博士生Vivian Darsa Maidantchik领导。该研究还涉及海法大学自然科学学院的Dalit Barkan博士、研究助理Keren Weidenfeld博士和Sarit Larisch教授

Technion研究人员的方法能够绘制类器官的功能和分子图谱——基于细胞的三维模型，复制天然组织的结构和功能特征。类器官在生物医学研究中发挥着至关重要的作用，使科学家能够研究健康和疾病状态，并评估各种治疗对器官和组织的影响

尽管有潜力，类器官仍面临重大技术挑战，特别是在监测内部组织过程方面。目前的方法很昂贵，并且有以下重大局限性：

Technion的突破通过低成本、准确和非侵入性的方法克服了这些局限性，该方法允许连续监测类器官内的结构和分子变化

研究人员的新方法称为化学断层扫描，通过分析挥发性有机化合物（VOC）提供了对组织功能的见解。这些分子存在于呼出的气体、唾液、汗液和其他体液中。Haick教授是利用挥发性有机化合物进行早期疾病检测的全球领先专家。他之前的研究导致了基于VOC分析的多种诊断技术的发展

在这项研究中，VOC监测实现了人类乳腺组织类器官的动态分子和功能图谱，揭示了与健康乳腺组织转化为癌组织相关的关键蛋白质和基因组数据

该系统使用基于石墨烯的传感器阵列检测挥发性有机化合物，并通过生成人工智能（AI）对收集到的数据进行分析。这项技术的灵感来自昆虫的复眼——一种由多个小眼睛组成的结构，可以将大量图像发送到昆虫的大脑进行分析。在该系统中，石墨烯传感器充当复眼，而人工智能充当大脑，处理和解释数据

新系统以比现有替代品低得多的成本提供了类器官的实时动态映射，而不会损坏被测组织。这种方法使研究人员能够：

使用这种新方法，研究人员确定了六种生物化学途径，这些途径可产生12种不同类型的VOCs，这些VOCs可作为疾病状态的生物标志物

海克教授表示，“除了癌症应用，我们的系统还具有诊断包括肾脏、大脑和肝脏在内的各种器官问题的潜力。它还可以通过天线将实时内部健康数据传输到外部监测系统，从而能够持续跟踪组织健康和疾病早期预警。这是将人工智能融入医学的突破，尤其是在个性化医疗保健方面。”