Ny skalpell nosar sig till cancer

Inom kort kan kirurger använda intelligenta skalpeller, som likt vältränade blodhundar luktar sig fram till elakartade tumörer och ser till att de avlägsnas i sin helhet. I dag har kirurgen ofta ingen detaljerad information om tumörens ­exakta gränser. Den kan vara så svår att skilja från den friska vävnaden att man måste sluta mitt i operationen och vänta på en vävnadsanalys eller ta bort en större bit än som kanske egentligen var nödvändigt.

Tillsammans med tyska och ungers­ka kollegor har kemisten Zoltán Takáts vid Justus-Liebig Universität i Giessen i Tyskland utvecklat en smart skalpell, som på mindre än en sekund kan skilja olika vävnadstyper från varandra utifrån vävnadens molekylära profil.

Skalpellen bygger på en mycket använd kemisk analysmetod som kallas masspektrometri. Det är populärt sagt en avancerad molekylvåg, som kan bestämma molekylers identitet utifrån förhållandet mellan laddning och massa. Metoden används i flera sammanhang men har hittills varit förbehållen forskare och inte så ofta hittat vägen till läkare på sjukhusen.

”Vi övervägde om det kunde finnas några områden där metoden skulle kunna användas. Så stötte vi på de här kirurgiska användningsområdena, där en ögonblicklig, kemisk information skulle hjälpa kirurgen”, säger Zoltán Takáts.

Vikten avslöjar molekylerna

Som student hos professor Graham Cooks vid Purdue University i USA var Takáts med och utvecklade en bärbar masspektrometer, som kunde hjälpa tull och flygplatspersonal att ”lukta” sig fram till illegala ämnen i misstänkta paket.

År 2008 kom han tillbaka till Tyskland och började tillsammans med sina kollegor överväga andra användningsmöjligheter. De insåg att kirurgi var ett givet område. Moderna kirurger använder nämligen så kallade diatermiknivar, som till skillnad från traditionella knivar av stål använder ström för att bränna sig genom vävnaden. Därmed sluts blodkärlen, och blödningen begränsas.

Zoltán Takáts fäste sig speciellt vid att värmen under operationerna är så kraftig att det utvecklas ångor och rök från bränd vävnad. För masspektrometri måste molekylerna nämligen vara i gasform och elektriskt laddade, innan man kan mäta på dem.

Det blir de vid diatermin, och eftersom röken normalt leds bort genom en sug i taket, var det i stort sett bara att ansluta en masspektrometer till slangen och mäta vilka molekyler som finns i vävnaden.

Forskarna använder den så kallade REIMS-tekniken ­(Rapid Evaporation Ionization Mass Spectrometry), som innebär att värmen från skalpellen förstör vävnaden så snabbt att de laddade partiklarna i vävnaden går från fast fas till gasfas snabbare än jonerna hinner återförenas.

”Jonerna har enkelt uttryckt inte tid att hitta varandra, och därför bildas det laddade partiklar”, säger Zoltán Takáts.

De laddade partiklarna leds in i masspektrometern, där de böjer av i ett magnetiskt fält och ”vägs” exakt efter hur mycket de böjer av – ju tyngre molekylen är, desto mindre böjer den av.

Med den modernaste formen av masspektrometri, kallad orbitrap, kan forskarna registrera nästan 1000 olika molekyler på en gång. I praktiken mäter de dock endast på cirka 200 olika fettämnen – lipider – som bygger upp cellernas membran.