尽管乳腺癌的诊断与治疗已有很大发展，但此疾病仍然是全世界主要的健康问题。现在，亚利桑那州立大学生物设计研究所的一项新型影像学技术可能帮助研究人员找出细胞核结构中的细微变异和分子生物标签，从而大大提高诊断准确性和早期检测的预后。

由亚利桑那州立大学高级科学家、生物设计研究所生物标签发现自动化中心主任Deirdre Meldrum教授率领的团队，使用首个单细胞CT（VisionGate, Inc., Phoenix, AZ）对正常、良性和恶性细胞进行了检查。该仪器能以真实各向同性分辨率进行生动三维成像，允许检查微妙的细胞细节，这是传统二维显微镜无法达到的。研究结果发表在期刊PLoS ONE上。

该研究观察到的细胞3D动态影像揭示了细胞正常或异常情况下的大量迹象。Meldrum教授说：“有大量定量形态学参数可作为疾病分期与诊断的生物学标签。例如，癌细胞典型地有肿大细胞核、核内陷、染色体变异和独特的核形状改变。”

乳腺癌是女性中最常见的癌症。2011年，估计有232000例新诊断病例，39000例死于此病。正常情况下，8名女性中有1名将被诊断此病。乳腺癌通常开始于乳腺的导管（导管癌）或小叶（小叶癌）。目前，恶性确定性诊断取决于细胞核结构的仔细检查，这些细胞通过组织学染色制备并在显微镜明视野中观察。根据本研究主要作者Vivek Nandakumar所说，病理学家定性地检查细胞特征，包括细胞核大小、形状、核质比例和细胞染色质构造。然而，这些观察不涉及定量测量，而定量测量将促进更准确的分析。

关于传统病理学的缺点，Meldrum表示同意。作为生命科学中心显微放大的主任（该中心是基因组科学上的NIH卓越中心），她职业生涯中的大部分时间都致力于研究细胞异质性以及单个细胞在过渡到疾病状态时可出差错的方式。“在我们对单个活细胞的分析中，我们可以定量在相同条件下从细胞到细胞的显著变化”，Meldrum说。

该研究小组使用细胞CT检查了三种特异类型中每一种的150个细胞：正常、良性纤维囊性和恶性乳腺上皮细胞。纤维囊性变化可能因激素变化导致，是一种正常状态或恶性肿瘤早期预兆。这种情况发生时，韧带、支持组织或其他纤维组织在乳腺中比脂肪组织变得更加突出。

细胞CT是一种新型显微镜，能够以三维方式成像细胞，使用一种称为光学投影层析成像的技术。细胞CT操作就像一个正常的CT扫描器，但它使用可见光而不是X射线。为观察所制备的细胞不放在载玻片上，也不是悬浮在凝胶中，而是通过微毛细管注射，这就可以360度成像。扫描过程中通过细胞产生成百上千的薄切片。这些切片（断层）通过计算机软件重新组合形成一个详细的三维画像。在旋转中所见的细胞电影精辟地揭示形状不对称性，是疾病诊断的一个特别有用的工具。

研究中所检查的三种细胞类型有四种不同核形状。1类细胞的细胞核细长，有明显的凹陷。2类细胞有轻微凹陷、庞大。基于这些形状，前两类被称为蘑菇帽形态（2类蘑菇帽形态是所观察的三个细胞类型中最常见的核形式）。3类核主要是凸的形状，而4类核不规则和扭曲形状。重要的是，癌细胞株中的细胞显示了最大部分的不规则（4类和2类核）和具3类凸形状细胞核的最小部分。恶性细胞也显示了在4类中的最大形状异质性。纤维囊性细胞样本含有最大部分的3类核和最小部分的1类核。就四种形状而言，最大整体形状异质性发生在正常细胞内。

当一个细胞从正常变为纤维囊性，再到恶性细胞变化时，可以观察到细胞和核体积增加，虽然平均起来纤维囊性细胞有最大的核-质体积。也可观察到细胞结构间区别和染色体的排列。总的来说，研究团队计算了描述细胞内和核结构的42个不同的三维形态和结构。细胞CT技术能够解决不到半微米的细胞特征。

研究的合著者Roger Johnson（生物标签发现自动化中心的研究实验室经理）强调，用传统二维成像技术检查的样本中，所观察的细胞核细微差异（特别是恶性细胞的）可能已经被错过。因此，用细胞CT成像的结构取代用显微镜为癌症诊断所建立的现有核等级。

虽然在理解细胞从正常到疾病状态的转化方面已取得很大进展，但许多形式癌症患者的治疗效果仍然令人沮丧地可怜。许多人相信，需要建立一种调查研究癌症的新范式，这个领域已引起不同学科研究人员的兴趣。当前研究的另一个合著者Paul Davies（亚利桑那州立大学艺术与科学学院的物理学家和宇宙学家）是新国家癌症研究所资助财团的一部分，专门研究癌症的物理科学。“我们期望来源于物理科学的见解和方法将导致形成理解和处理癌症的根本新观点”，Davies说。

该研究团队的结果提供了经常标志细胞恶性的细胞核结构变化的一个新窗口。由细胞CT产生的无与伦比的结构细节有望大大改善三维核形态，从而形成一个敏感、特异的乳腺癌诊断核级分类。