原创 对话科研专家:数字病理满足科研对高分辨率成像、复杂功能等需求
2022年09月28日 【健康号】 动脉网

对话科研专家:数字病理满足科研对高分辨率成像、复杂功能等需求

数字病理是病理诊断领域的新兴增长力量。

根据2020年世界病理学大会报告,预计到2024年,病理学市场规模将从2019年的303亿美元增长至444亿美元,从2019年到2024年的复合年增长率接近6.1%。而据GrandViewResearch预测,2019年全球数字病理学市场规模为7.676亿美元,预计到2027复合年增长率为11.8%。

当前,临床存在病理医生缺口大、医生诊断时间长、诊断效率和准确性有待提升等瓶颈,数字病理将数字图像技术与传统光学放大装置结合,把物理切片扫描转换为数字图像,使得阅片方式更为便捷,效率更高,也为远程会诊、切片数字化存储打下了基础,推动临床病理诊断实现跃迁。现在,数字病理在临床应用的广泛性和重要性已经得到充分认可。

实际上,数字病理的应用远不止临床,在科研、教学、药物开发、疾控等场景中也有广泛的应用,例如制药及新药安评、毒理和生理学研究、动植物和矿物质研究、疾控防疫、法医病理等。其中,相较临床,数字病理系统在科研领域的讨论度相对较低,是一片隐形蓝海市场。

近期,动脉网和山东第一医科大学病理生理学系教研室科研主任张月英、重庆医科大学附属第一医院分子肿瘤及表现遗传实验室主管技师邱祝进行了对话,结合张月英主任和邱祝老师的实际科研工作,了解科研领域对数字病理系统的旺盛、差异化需求。

张月英,山东第一医科大学临床与基础医学院副研究员、副教授,病理教研室病理生理学系科研主任,病理学与病理生理学专业硕士研究生导师,关注肿瘤干细胞与化疗耐药机制研究,以及间充质干细胞实验性治疗难治性肺部疾病研究。张月英主任采用实验病理学手段,主要从外泌体miRNA、肿瘤微环境等多角度研究肿瘤干细胞干性的调控与肿瘤化疗耐药发生机制;采用骨髓间充质干细胞、脐带间充质干细胞对肿瘤放疗引起放射性肺损伤进行实验性治疗研究,并针对相关分子靶点在疾病诊断和治疗方面的应用开展转化研究。主要研究成果发表在《stem cell research and therapy》等干细胞研究领域国际知名期刊。先后承担国家级项目及省部级科研项目15项,发表学术论文30余篇,为主获得山东省科学技术进步奖二等奖1项,三等奖1项。

邱祝,重庆医科大学附属第一医院分子肿瘤及表现遗传实验室主管技师,发表了多篇期刊论文,参与重庆市科学技术委员会社会事业民生保障科技创新专项,肠道菌群筛查-基因微阵列分析技术在肝癌检测中的应用与推广,获得重庆市科技进步二等奖。邱祝所在的重庆医科大学附属第一医院分子肿瘤及表现遗传实验室是西南地区最早开始搭建生物样本库的单位,目前储存的肿瘤样本数量已经超过了20万份,依托生物样本库,邱祝所在的实验室每年发表SCI论文超过20篇。2016年左右,重庆医科大学附属第一医院分子肿瘤及表现遗传实验室开始建设病理样本库,目前有接近6000例样本。

数字病理介入,为科学研究带来全方位的效率提升

在科研中,效率、便捷、准确是第一位。

之前,不论是进行肿瘤干细胞、间充质干细胞研究,还是搭建病理样本库、进行肿瘤病理研究,涉及病理实验的环节都是使用显微镜进行。邱祝老师回忆:“以前搭建生物样本库和开展病理科研工作是比较繁琐的。以免疫组化为例,以往只能通过光学显微镜来观察,之后用照相机把自己认为满足实验要求的部位拍下来。”


邱祝老师

“这当中存在很大的问题,例如开展病理实验的并不是每一个学生都是病理专业,不能很好地找到取材和拍照的部位,容易混淆肿瘤和正常组织,导致拍照部位不准确,清晰度低,最终实验数据不漂亮。”

张月英主任也表示:“传统形式下,一张切片上是一个组织,如果要研究100个样本,就需要100张切片,后续还要对100张切片滴抗体,做验证,费时费力,同时容易导致结果一致性不佳。”

数字病理系统是提升科研工作效率和便捷性的利器。

依托数字病理系统,阅片更方便、效率更高、图像更清晰,同时能够以数字化的形式永久保存海量的数据,方便后续做回顾性分析或进一步的分析。“而以前找不到玻片或是玻片已经损坏的情况时有发生。同时,我们经常需要将切片拿到病理科去分析,以前每次要带几大盒切片过去,拿个本子记录,整个过程比较混乱,现在只需要拿一台电脑过去,就能够到看高清晰度的数字扫描切片,并在上面进行标记,工作效率很高。”邱祝老师谈道。

张月英主任在利用临床样本进行试验研究时则通过3DHISTECH全自动组织芯片系统(TMA),构建含有数百个样本的组织芯片,每个样本取直径为1毫米到1.5毫米的具有代表性的点,把多个样本放在一个切片上,实现了高效率和高度的便捷化,而且结果一致性非常好。


张月英主任

此外,性能也是科研工作看重的核心点。邱祝老师表示:“丹吉尔3DHISTECH数字病理切片扫描仪引进之后,工作时间设备几乎是一刻不停,有的学生在实验过程中需要做几百甚至上千张片子,很多学生排队使用,一般都是预约到1个月之后了。”在这样高负荷的工作模式下,3DHISTECH数字病理切片扫描仪的性能表现优异。

高分辨率、更多复杂功能,科研需求更多元化

张月英主任和邱祝老师都提到,相较其它应用场景,科学研究对数字病理系统的分辨率有更高的要求,需要高度还原显微镜下真实图像。

张月英主任提到,文章发表是科研工作者的重要工作,好的杂志期刊,对图像质量的要求很严苛。邱祝老师也表示:“在文章投稿时,在以往切片清晰度不高的情况下,即使实验结果顺利完成,专家也会对清晰度不高的图片提出质疑。就像是语文考试阅卷,高分辨率的切片让我们拥有了一手漂亮的好字,对于展示研究成果有很大帮助。”

光学显微镜受光学分辨率极限限制,成像分辨率最高也只能达到约200nm量级,在日益深入的科学研究中已经变得力不从心。邱祝老师谈道:“之前用相机拍照,只能拍摄局部,而且图片是平面的,放大之后清晰度很低,像对肿瘤细胞进行染色,在切片不清晰的情况下,很容易对显色比较模糊的地方造成误判。用3DHISTECH数字病理切片扫描仪扫描出来的切片,无论是放大20倍还是40倍,都能够清晰看到图像上呈现的信息。并且,配套的软件具有自动识别功能,能够精准进行识别。”

3DHISTECH数字病理切片扫描仪保持高分辨率的秘诀在于搭载了两颗APO物镜,20X物镜NA 0.8,40X物镜 NA 0.95,均为同级别最高水准,扫描后的图像与显微镜下色彩、真实性一致,保障科研需要和后续发表文献的图像要求。

除高分辨率外,科研工作对数字病理系统的另一个特殊要求体现在需求功能的复杂性上。

数字病理系统如果只具备基础的数字切片扫描功能,那远远无法满足科研的复杂性需求。例如,邱祝老师在搭建病理样本库和病理研究过程中,会涉及到大量明场HE切片和荧光免疫组化切片的扫描需求。。

张月英主任也表示:“在肿瘤干细胞和间充质干细胞研究中,我们需要进行免疫荧光、多色荧光等复杂的分析,还需要对一些指标进行定量分析,要求数字病理系统具备明场HE、免疫组化、免疫荧光、FiSH荧光扫描等更多功能。”

3DHISTECH数字病理切片扫描仪可扫描不同种类的切片,满足了科研工作的不同需求,其分析功能的多样性,可定制性大大增加了产品应用的广度。在2021年,3DHISTECH取得国家药监局(NMPA)病理切片扫描仪进口产品注册证,这是世界范围内首个由国家级监管部门颁发的具备荧光扫描功能的数字病理产品,可实现明场、荧光的一体化扫描。

数字病理高速发展的时代已经到来

整体而言,3DHISTECH的数字病理系统在精密度、分辨率、清晰度、扫描速度、售后、数字化分析软件上的表现给众多科研工作者留下了印象深刻。

张月英主任总结道:“数字病理高速发展的时代已经到来。数字病理在科研领域的应用非常广泛,不仅仅局限于病理学研究实验室。数字病理就像是战士的枪炮一样,只要是大的课题组和科研平台,数字病理系统都是标配。”在这股趋势下,接下来丹吉尔在科研领域的布局会更加深入、广泛。

对于数字病理在科研领域的进一步应用,张月英主任指出,AI辅助诊断将是比较好的一个方向,会给病理科研、教学带来革命性的创新,更智能地协助科研和临床辅助诊断。同时期望后续数字病理系统成本更低,图像质量更高,扫描速度更快,更智能化、人性化。

邱祝老师则提出了对医院数字病理局域网的期待。“我所在的医院分为科研、临床、病理三个板块,希望数字病理可以和医院局域网相结合,加强科研、临床、病理三个部门在病理上的深入交流。比如说,疑难杂症一直是临床诊疗的难点,依托数字病理局域网络,可以使科研人员、临床、病理科的医生在线上,共同对疑难杂症进行分析,通过三个部门的通力合作,出具更加专业的诊断报告,提升疑难杂症诊疗水平。”

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