固体、液体、还是气体？视觉“指纹”可快速识别组织和癌症肿瘤的物理状态

随着一个有机体的成长，它的状态也在发生变化。在最初阶段，胚胎呈现出一种几乎像液体一样的状态，使其细胞能够分裂和扩张。随着它的成熟，它的组织和器官会坚硬起来，成为它们的最终形态。在某些物种中，生物体的这种物理状态可以作为其发育阶段的指标，甚至是其健康的一般状态。

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现在，麻省理工学院的研究人员已经发现，一个组织的细胞排列方式可以作为该组织"阶段"的一个指纹。他们已经开发出一种方法来解码组织中的细胞图像，以快速确定该组织是否更像固体、液体，甚至是气体。他们的发现最近发表在《美国国家科学院院刊》上。

该团队希望他们被称为“配置指纹”的方法能够帮助科学家跟踪胚胎发育过程中的物理变化。更直接地说，他们正在应用他们的方法来研究并最终诊断一种特定类型的组织：肿瘤。

麻省理工学院的研究人员正在分析肿瘤的图像，包括在实验室里生长的和从病人身上活检的，以确定细胞的指纹，表明肿瘤是更像固体、液体还是气体。他们设想，有一天医生可以将肿瘤细胞的图像与细胞指纹相匹配，以快速确定肿瘤的阶段，并最终确定癌症的进展情况。

麻省理工学院机械工程系副教授郭明说：“我们的方法将允许非常容易地诊断癌症的状态，只需检查活检中细胞的位置。我们希望，通过简单地观察细胞的位置，医生可以直接判断肿瘤是否非常稳固，意味着它还不能转移，或者它更像液体，病人处于危险之中。”

在一个完美的固体中，材料的各个成分被配置成一个有序的晶格，如水晶立方体中的原子。如果你切下一片晶体并把它放在桌子上，你会看到原子的排列方式使得你可以将它们连接成重复三角形的图案。在一个完美的固体中，由于原子之间的间距是完全相同的，连接它们的三角形通常是等边的。

郭明将这种结构作为完美固体结构的模板，认为它可以作为比较实际的、不那么完美的固体组织和肿瘤的细胞配置的参考。

"真正的组织从来不是完全有序的，"郭明说。"它们大多是无序的。但是，在它们的无序程度上仍然存在着微妙的差异。"

按照这个想法，该团队从各种类型的组织的图像开始，并使用软件来绘制一个组织的细胞之间的三角形连接。与完美实体中的等边三角形相比，这些地图产生了各种形状和大小的三角形，表明细胞具有一定的空间秩序（和无序）。

对于图像中的每个三角形，他们测量了两个关键参数：体积秩序，或一个三角形内的空间；以及剪切秩序，或一个三角形的形状离等边有多远。第一个参数表明材料的密度波动，而第二个参数则说明材料有多容易变形。他们发现，这两个参数足以描述一种组织是否更像固体、液体或气体。

"我们直接计算这两个参数的精确值，与完美固体的参数相比较，并使用这些精确值作为我们的指纹，"郭明解释说。

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