一项耗时 10 年的跨学科合作使用材料科学方法对称为微钙化的钙矿沉积物进行“指纹识别”，揭示了乳腺癌和其他潜在疾病进展的病理线索。

该小组的论文“乳腺微钙化的生物矿物学特征”发表在 2 月 22 日的《科学进展》杂志上。主要作者是博士后研究员 Jennie Kunitake 博士。

正如骨骼和牙齿的形成一样，健康的矿物质沉积是一个精心策划的过程。然而，有时，矿物质沉积物会在不属于它们的地方形成，例如肾脏（即肾结石）和乳腺组织。在乳腺癌的背景下，微钙化是一种重要的筛查工具，因为它们在乳房 X 线照片中表现为生动的白色斑点，在某些情况下，表明存在乳腺癌。

“通常在最初的乳房 X 光检查后，微钙化在很大程度上被忽略了。我们要说的是，我们可以超越乳房 X 线照片的分辨率，在微观和化学水平上，从这些微钙化中获得更多信息。”共同资深作者、康奈尔工程学院材料科学与工程教授拉拉·埃斯特罗夫 (Lara Estroff )说. “通过采用材料科学中成熟的高分辨率表征技术，并将这些技术与对生物矿化以及生物体如何控制矿物沉积的认识相结合，我们对一种病理矿物有了独特的见解，这可能对疾病。”

Estroff 的小组专门研究生物矿化，即生物有机体如何控制其组织中晶体的生长。十多年前，她开始与Claudia Fischbach合作，Claudia Fischbach 是 Stanley Bryer 1946 年生物医学工程教授，也是该论文的共同资深作者，探索乳腺癌向骨骼的转移扩散。这导致了对一种“奇怪”现象的探索，在这种现象中，骨样矿物质出现在原发性肿瘤部位，从那里，合作者开始对这些微钙化如何捕捉它们形成的组织微环境元素的方式产生兴趣，几乎就像快照一样. 微环境，也称为有机基质，可以反过来影响矿物的成分、形态和机械性能。

“矿物质与生物学有不同的规则。”Kunitake 说。“在乳腺癌中形成的矿物质可能会捕获反映其形成环境的化学信息，并且可能具有临床价值和相关性。”

虽然一些癌症生物学家研究了微钙化，但材料科学家尚未探索这种现象。

“生物矿化是一个相当小众的领域，涉及材料科学、地质学、生物学等方面的贡献。这是非常多学科的，”埃斯特罗夫说。“肿瘤学家绝对没有理由关注这些正在出现的微小晶体的材料特性。我认为确实需要有人知道这种矿物可以提供什么才能做到这一点。我们说，我们可以把我们从研究生理性生物矿物质中得到的一切知识，应用到这些病理性矿物质上吗？”

左侧是导管癌的病理染色，显示细胞和结缔组织。右图是钙化的拉曼图谱，它是通过一种检测生物分子有机和无机化学的独特振动特征的技术捕获的。

Fischbach 将 Estroff 和 Kunitake 与纪念斯隆凯特琳癌症中心的研究人员联系起来，后者提供了来自 40 名乳腺癌患者的含有微钙化的组织样本。

Kunitake 随后开始了长达数年的艰巨过程，试图准确理解他们在看什么。她求助于卡尤加医学中心的 Daniel Sudilovsky 博士，后者帮助描述了他们发现的每种微钙化的病理特征。

接下来，研究人员没有像其他研究那样研磨和均质化组织样本，而是寻求获得矿物和有机基质化学成分的高分辨率三维图，这样他们就不会改变组织样本。组织结构。因此，他们与麻省理工学院的 Admir Masic 合作，后者是该论文的共同资深作者，他使用了一种称为拉曼显微镜的振动光谱技术，可以检测生物分子的有机和无机化学的不同振动特征，并绘制出其中的位置这些签名正在发生。

Kunitake 然后开始使用受生物化学和遗传学组学研究启发的技术整合和解析所有数据。

“当你拥有大量数据时，一种查看数据的方法是使用来自组学社区的策略，”Kunitake 说。“它不一定是定量的，只是为了可视化数据的行为方式。使用层次聚类，我们可以将数据视为热图，这让我们了解了我们测量的不同参数如何相互关联，以及不同的钙化点如何根据它们的指纹进行分组。”

在研究人员的主要发现中：与癌症相关的微钙化聚集成反映组织类型和局部恶性肿瘤的生理相关组；矿物碳酸盐在肿瘤内部表现出很大的多样性；微量金属——包括锌、铁和铝——在恶性局部钙化中增强；微钙化中脂质与蛋白质的比例在预后不良的患者中较低。

虽然研究人员不确定微钙化是在癌症发展之前形成还是因为它，但研究结果表明这与疾病的严重程度有关。研究人员希望这些发现也能阐明其他类型癌症的钙化，例如甲状腺癌和卵巢癌。

该团队现在计划研究更大范围的疾病特征，并将他们的方法应用于其他病理性矿化疾病，例如钙化主动脉瓣疾病，其中矿物质在心脏瓣膜中形成，或者正如 Estroff 所说，“矿物质是疾病。”

合著者包括：康奈尔大学统计咨询部主任兼统计顾问 Lynn Johnson ；博士后研究员Siyoung Choi；亚利桑那州金曼市金曼地区医疗中心的 Daniel Sudilovsky 博士；Neil Iyengar

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。