Älyveitsi haistaa syöpäkasvaimen

Ennen pitkää kirurgit pääsevät käyttämään leikkausvälinettä, joka vihikoiran tavoin haistelee tekemäänsä jälkeä ja auttaa poistamaan kasvaimen kokonaan. Nykyisin he joutuvat toimimaan paljolti oman näkö- ja tuntoaistinsa varas­sa. Koska tervettä kudosta on kuitenkin usein hyvin vaikeaa erottaa sairaasta, leikkaus voidaan joutua keskeyttämään kudosanalyysiä varten tai kudoksista poistetaan varmuuden vuoksi turhan isoksi osoittautuva osa.

Justus Liebig -yliopistossa Giessenissä Saksassa työskentelevä unkarilaissyntyinen kemisti Zoltán Takáts on yhdessä saksalaisten ja unkarilaisten kollegoidensa kanssa kehittänyt leikkausveitsen, joka erottaa hetkessä eri kudostyypit toisistaan molekyyliprofiilin perusteella.

Keksintö perustuu massa­spektromet­riak­si kutsuttuun analyysimenetelmään. Yksinkertaistaen voidaan sanoa, että kyse on eräänlaisesta vaa’asta, jolla päätellään aineen koostumus molekyylien varauksen ja massan perusteella. Tekniikkaa käytetään monenlaisissa tutkimuksissa, mutta siitä ei ole ollut tarjolla kätevää lääketieteellistä sovellusta.

”Pohdimme, missä menetelmää voisi käyttää hyödyksi. Sitten keksimme kirurgian, jossa lääkärille on apua nopeasta kemiallisesta analyysistä”, selittää Takáts keksinnön taustaa.

Paino kertoo molekyylityypin

Takáts osallistui opiskeluaikoinaan ­Purduen yliopistossa Yhdysvalloissa Graham Cooksin johtamaan hankkeeseen, jossa kehitettiin liikuteltavaa massaspektrometria tullin, postin ja lentokenttien työntekijöille. Nämä tarvitsivat laitetta, joilla he voisivat ”haistaa” laittomat aineet epäilyttävistä paketeista.

Vuonna 2008 Takáts siirtyi Saksaan ja alkoi työtovereineen kartoittaa itselleen tutun tekniikan uusia soveltamismahdollisuuksia. Sopivaksi kohteeksi osoittautui kirurgia. Nykykirurgit käyttävät perinteisten skalpellien sijaan usein sähkö­veitsiä, joiden kärki ei viillä vaan polttaa kudosta. Kuumuus sulkee verisuonet ja ehkäisee verenvuotoa.

Takáts kiinnostui sähköisistä leikkausveitsistä, koska ne tuottavat niin paljon lämpöä, että ainakin osa palaneesta kudoksesta höyrystyy.

Massaspektrometri pystyy nimittäin mittaamaan molekyylejä vain, jos ne ovat kaasuuntuneita ja sähköisesti varautuneita eli ionisoituneita. Sähköveitsen tuottama savu tai höyry imetään yleensä tarpeettomana pois. Takáts keksi johtaa savun letkua pitkin analysoitavaksi.

Menetelmää nimitetään REIMS-tekniikaksi (rapid evaporation ionization mass spectrometry) eli nopeaksi höyrystymisionisointimassaspektrometriaksi, koska veitsen terän kuumuus polttaa kudosta sellaista vauhtia, että ionit eivät ehdi yhdistyä varauksettomiksi hiukkasiksi vaihtaessaan olomuotoa kaasuksi.

”Ioneilla ei yksinkertaisesti ole aikaa löytää toisiaan, ja siksi hiukkaset jäävät sähköisesti varautuneiksi”, sanoo Takáts.

Ionit johdetaan massaspektrometriin, jossa ne kiihdytetään ja ohjataan magneettikenttään. Ionien radan kaareutuminen kertoo niiden painon. Mitä raskaampi molekyyli on, sitä vähemmän sen rata kaareutuu.

Jos käytetään kehittyneintä, niin sanottua orbitrap-massaspektrometria, kyetään punnitsemaan kerralla tuhat molekyyliä. Käytännössä on kuitenkin tarpeen erottaa toisistaan vain solukalvoissa esiintyvät noin 200 eri lipidi- eli rasva-ainemolekyyliä.