يستخدم نظام التصوير منخفض التكلفة جزيئات الفلورسنت لتحديد عمق الخلايا السرطانية

يستخدم نظام التصوير منخفض التكلفة جزيئات الفلورسنت لتحديد عمق الخلايا السرطانية

طور الباحثون نظام تصوير بسيط ومنخفض التكلفة يستخدم جزيئات الفلورسنت التي تستهدف الورم لتحديد عمق الخلايا السرطانية في الجسم. يمكن للنظام المحمول أن يساعد الجراحين في النهاية على التمييز بدقة أكبر بين الأنسجة السليمة والسرطانية عند إزالة الورم.

يمكن للأطباء استخدام جزيئات الفلورسنت أثناء استئصال الورم لجعل الخلايا السرطانية تتوهج، مما يسمح للجراح بمعرفة ما إذا كانت الأنسجة السرطانية لا تزال موجودة. ومع ذلك، فإن المعدات المطلوبة لهذه التقنية ليست متاحة على نطاق واسع وعادةً لا توفر معلومات كمية حول مدى عمق الخلايا السرطانية في الأنسجة. إن الوصول إلى المعلومات العميقة من شأنه أن يساعد الجراحين على إزالة طبقة كاملة من الأنسجة السليمة حول الورم، والتي ثبت أنها توفر أفضل النتائج الممكنة للمرضى.

إن الأنظمة التجارية القليلة التي توفر معلومات عميقة كمية كبيرة ومكلفة، مما يحد من استخدامها خارج المراكز الطبية الكبيرة. اعتمدت مجموعتنا على العمل السابق في هذا المجال لتطوير نظام بسيط ومنخفض التكلفة يمكنه تحديد عمق الخلايا السرطانية بسرعة باستخدام مجسات الفلورسنت القريبة من الأشعة تحت الحمراء (NIR).

كريستين إم. أوبراين من مختبر صامويل أتشيليفو في كلية الطب بجامعة واشنطن في سانت لويس، ورئيسة فريق البحث

يصف الباحثون نظامهم الجديد في مجلة Optica Publishing Group Biomedical Optics Express. ويمكن استخدام النظام المحمول وسهل الاستخدام في المراكز السريرية منخفضة الموارد، مما قد يساعد في تقليل الفوارق الصحية.

وقال أوبراين: "يمكن استخدام مثل هذه الأنظمة في المستقبل لتحسين النتائج الجراحية للمرضى الذين يخضعون لعملية إزالة الورم". "سيؤدي ذلك أيضًا إلى إلغاء الحاجة إلى انتظار نتائج علم الأمراض قبل التأكد مما إذا كانت الخلايا السرطانية لا تزال موجودة بعد إزالة الورم."

جعل السرطان يلمع

أظهرت الأبحاث أن العلاج الجراحي للسرطان عادة ما يكون أكثر نجاحًا عندما يقوم الجراحون بإزالة الورم ليس فقط ولكن أيضًا الطبقة السليمة من الأنسجة المحيطة به تمامًا. ومع ذلك، قد يكون هذا صعبًا لأنه من الصعب تحديد الحدود بين نهاية الورم وبداية الأنسجة السليمة. بالإضافة إلى ذلك، يعتمد السُمك الأمثل للطبقة السليمة على نوع الورم وموقعه.

لدعم هذه المهمة، قام فريق بحث مختبر Achilefu بقيادة أوبراين بتطوير أداة جديدة تعتمد على تطبيق صبغة فلورسنت واحدة أثناء استئصال الورم، والتي يمكن بعد ذلك تحفيزها بواسطة أطوال موجية مختلفة من NIR تخترق أعماقًا مختلفة في الأنسجة. يمكن تصوير مضان NIR المنبعث من خلال الأنسجة، مما يسمح باكتشاف الخلايا السرطانية على عمق 1 إلى 2 سم تحت السطح.

يستفيد مضان الإثارة ذو الطول الموجي المزدوج من حقيقة أن الألوان أو الأطوال الموجية المختلفة للضوء تنتقل لمسافات مختلفة داخل الأنسجة. ومن خلال إلقاء الضوء على جزيئات الفلورسنت التي تستهدف الورم بأطوال موجية مختلفة من الضوء ومقارنة تفاعلاتها، من الممكن التنبؤ بمدى عمق عوامل استهداف الورم في الأنسجة.

قال أوبراين: "لقد ساهمت العديد من المجموعات البحثية في تطوير العلاقات الرياضية التي تربط عمق الفلوروفور بقياسات الفلورسنت النسبية". "إن التطوير المتزايد لعوامل التباين القريبة من الأشعة تحت الحمراء للاستخدام في الطب شجعنا على البناء على العمل السابق وتطوير نظام يعمل في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، كما أنه غير مكلف وسهل الاستخدام."

بناء نظام ذو طولين موجيين

يستخدم نظام التصوير الفلوري الجديد مصابيح LED بطول 730 نانومتر و780 نانومتر لتوفير الطولين الموجيين لضوء الإثارة وكاميرا CMOS أحادية اللون لالتقاط الفلورة الناتجة. تم أيضًا دمج مصباح LED بطول 850 نانومتر لإنشاء صورة ميدانية ساطعة، مما يسمح بربط صور التألق مع المنظر الحقيقي للأنسجة. اختار الباحثون استخدام عامل تجريبي تم تطويره في مختبر أتشيليفو يسمى LS301، والذي يمكن إعطاؤه أثناء استئصال الورم، كمسبار للأشعة تحت الحمراء لاستهداف السرطان لأن طيف الإثارة الواسع الخاص به يلغي الحاجة إلى استخدام أكثر من فلوروفور واحد، والذي لولا ذلك كان من شأنه أن يجعل التطبيق السريري أكثر تعقيدًا. يتم حاليًا اختبار LS301 في التجارب السريرية على مرضى سرطان الثدي.

وبعد اختبار النظام على طبقات من المواد الاصطناعية وشرائح الدجاج، قام الباحثون بتقييم قدرته على التنبؤ بعمق الورم باستخدام أورام الثدي التي تنمو في الفئران. تم ذلك عن طريق حقن الفئران بـ LS301 ثم تصويرها بالنظام. استغرق التقاط الصور الضرورية 5 دقائق. ارتبطت الحسابات المستندة إلى هذه الصور جيدًا بالعمق الفعلي للورم وأظهرت متوسط ​​خطأ قدره 0.34 ملم فقط، وهو ما قد يكون مقبولًا للاستخدام السريري.

ويعمل الباحثون الآن على جعل النظام أكثر فائدة للتوجيه الجراحي من خلال تسريع معالجة البيانات وإضافة أتمتة إضافية للنظام حتى يتمكن من مسح سطح الأنسجة بالكامل.

مصدر:

بصريات

مرجع:

أوبراين، سم، وآخرون. (2022) تحديد عمق الورم الكمي باستخدام مضان الإثارة ثنائي الطول الموجي. البصريات الطبية الحيوية اكسبرس. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.