Евтината система за изображения използва флуоресцентни молекули за определяне на дълбочината на туморните клетки

Евтината система за изображения използва флуоресцентни молекули за определяне на дълбочината на туморните клетки

Изследователите са разработили евтина, проста система за изображения, която използва насочени към тумора флуоресцентни молекули, за да определи дълбочината на туморните клетки в тялото. Преносимата система може в крайна сметка да помогне на хирурзите да разграничат по-точно здравата и раковата тъкан при отстраняване на тумор.

Лекарите могат да използват флуоресцентни молекули по време на резекция на тумор, за да накарат раковите клетки да светят, което позволява на хирурга да види дали раковата тъкан все още е налице. Въпреки това оборудването, необходимо за тази техника, не е широко достъпно и обикновено не предоставя количествена информация за това колко дълбоко са раковите клетки в тъканта. Достъпът до дълбока информация би помогнал на хирурзите да премахнат цял ​​слой здрава тъкан около тумора, което доказано осигурява най-добрите възможни резултати за пациентите.

Малкото комерсиални системи, които предоставят количествена информация в дълбочина, са големи и скъпи, което ограничава използването им извън големите медицински центрове. Нашата група се основава на предишна работа в тази област, за да разработи евтина, проста система, която може бързо да определи дълбочината на туморните клетки с помощта на близки инфрачервени (NIR) флуоресцентни сонди.

Кристин М. О’Брайън от лабораторията Samuel Achilefu във Вашингтонския университет по медицина в Сейнт Луис, ръководител на изследователския екип

Изследователите описват новата си система в списанието на Optica Publishing Group Biomedical Optics Express. Преносимата и лесна за използване система може да се използва в клинични центрове с ниски ресурси, което може да помогне за минимизиране на различията в здравеопазването.

„Системи като тази могат да се използват в бъдеще за подобряване на хирургичните резултати при пациенти, подложени на отстраняване на тумора“, каза О’Брайън. „Това също би премахнало необходимостта да се изчакат резултатите от патологията, преди да се потвърди дали раковите клетки все още присъстват след отстраняването на тумора.“

Накарайте рака да заблести

Изследванията показват, че хирургичното лечение на рак обикновено е най-успешно, когато хирурзите отстранят не само тумора, но и здрав слой тъкан, който го заобикаля напълно. Това обаче може да бъде трудно, тъй като е трудно да се определят границите между края на тумора и началото на здравата тъкан. В допълнение, оптималната дебелина на здравия слой зависи от вида и местоположението на тумора.

За да подпомогне тази задача, изследователският екип на Achilefu Lab, ръководен от О'Брайън, разработи нов инструмент, базиран на прилагането на единична флуоресцентна боя по време на резекция на тумор, която след това може да бъде възбудена от две различни дължини на вълната NIR, които проникват на различна дълбочина в тъканта. Излъчената NIR флуоресценция може да бъде изобразена през тъкан, което позволява откриване на ракови клетки на 1 до 2 сантиметра под повърхността.

Възбуждащата флуоресценция с двойна дължина на вълната се възползва от факта, че различните цветове или дължини на вълната на светлината преминават различни разстояния в тъканта. Чрез осветяване на насочени към тумора флуоресцентни молекули с различни дължини на вълната на светлината и сравняване на техните реакции е възможно да се предвиди колко дълбоко са разположени в тъканта агентите, насочени към тумора.

„Няколко изследователски групи допринесоха за разработването на математически зависимости, които свързват дълбочината на флуорофора с измерванията на съотношението на флуоресценцията“, каза О’Брайън. „Нарастващото развитие на контрастни вещества в близката инфрачервена област за използване в медицината ни насърчи да надградим предишна работа и да разработим система, която работи в близкия инфрачервен диапазон и също така е евтина и лесна за използване.“

Изграждане на система с две дължини на вълната

Новата система за флуоресцентно изображение използва 730 nm и 780 nm светодиоди, за да осигури двете дължини на вълната на възбуждащата светлина и монохромна CMOS камера за улавяне на получената флуоресценция. 850 nm LED също беше включен за генериране на изображение в ярко поле, което позволява корелация на флуоресцентните изображения с реалния изглед на тъканта. Изследователите избраха да използват експериментален агент, разработен в лабораторията на Achilefu, наречен LS301, който може да се прилага по време на резекция на тумор, като инфрачервена сонда, насочена към рак, тъй като неговият широк спектър на възбуждане елиминира необходимостта от използване на повече от един флуорофор, което иначе би направило клиничното приложение по-сложно. В момента LS301 се тества в клинични изпитвания върху пациенти с рак на гърдата.

След тестване на системата върху наслоени синтетични материали и резени пиле, изследователите оцениха способността й да предскаже дълбочината на тумора, използвайки тумори на млечната жлеза, отгледани в мишки. Това беше направено чрез инжектиране на мишките с LS301 и след това изобразяване със системата. Заснемането на необходимите изображения отне 5 минути. Изчисленията, базирани на тези изображения, корелираха добре с действителната дълбочина на тумора и показаха средна грешка от само 0,34 mm, което вероятно е приемливо за клинична употреба.

Сега изследователите работят, за да направят системата още по-полезна за хирургично насочване, като ускорят обработката на данни и добавят допълнителна автоматизация към системата, така че да може да сканира цялата тъканна повърхност.

източник:

оптика

Справка:

O'Brien, CM, et al. (2022) Количествено определяне на дълбочината на тумора с помощта на възбуждаща флуоресценция с двойна дължина на вълната. Биомедицинска оптика Експрес. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.