Nízkonákladový zobrazovací systém využívá fluorescenční molekuly k určení hloubky nádorových buněk

Nízkonákladový zobrazovací systém využívá fluorescenční molekuly k určení hloubky nádorových buněk

Vědci vyvinuli levný, jednoduchý zobrazovací systém, který využívá na nádor cílené fluorescenční molekuly k určení hloubky nádorových buněk v těle. Přenosný systém by nakonec mohl chirurgům pomoci při odstraňování nádoru přesněji rozlišovat mezi zdravou a rakovinnou tkání.

Lékaři mohou během resekce nádoru použít fluorescenční molekuly, aby rakovinné buňky zazářily, což chirurgovi umožní zjistit, zda je rakovinná tkáň stále přítomna. Vybavení potřebné pro tuto techniku ​​však není široce dostupné a obvykle neposkytuje kvantitativní informace o tom, jak hluboko jsou rakovinné buňky v tkáni. Přístup k hlubokým informacím by pomohl chirurgům odstranit kompletní vrstvu zdravé tkáně kolem nádoru, což prokazatelně poskytuje pacientům nejlepší možné výsledky.

Těch několik komerčních systémů, které poskytují kvantitativní hloubkové informace, je velkých a drahých, což omezuje použití mimo velká lékařská centra. Naše skupina navázala na předchozí práci v této oblasti a vyvinula levný a jednoduchý systém, který dokáže rychle určit hloubku nádorových buněk pomocí fluorescenčních sond v blízké infračervené oblasti (NIR).

Christine M. O’Brien z Laboratoře Samuela Achilefu na Washington University School of Medicine v St. Louis, vedoucí výzkumného týmu

Vědci popisují svůj nový systém v časopise Optica Publishing Group Biomedical Optics Express. Přenosný a snadno použitelný systém by mohl být použit v klinických centrech s nízkými zdroji, což by mohlo pomoci minimalizovat zdravotní rozdíly.

"Systémy jako tento by mohly být v budoucnu použity ke zlepšení chirurgických výsledků u pacientů podstupujících odstranění nádoru," řekl O'Brien. "Také by to eliminovalo potřebu čekat na výsledky patologie, než se potvrdí, zda jsou po odstranění nádoru stále přítomny rakovinné buňky."

Aby rakovina zářil

Výzkum ukázal, že chirurgická léčba rakoviny je obvykle nejúspěšnější, když chirurgové odstraní nejen nádor, ale také zdravou vrstvu tkáně, která jej zcela obklopuje. To však může být obtížné, protože je obtížné určit hranice mezi koncem nádoru a začátkem zdravé tkáně. Optimální tloušťka zdravé vrstvy navíc závisí na typu a lokalizaci nádoru.

Na podporu tohoto úkolu vyvinul výzkumný tým Achilefu Lab pod vedením O’Briena nový nástroj založený na aplikaci jediného fluorescenčního barviva během resekce nádoru, který pak může být excitován dvěma různými vlnovými délkami NIR, které pronikají do různých hloubek tkáně. Emitovaná fluorescence NIR může být zobrazena přes tkáň, což umožňuje detekci rakovinných buněk 1 až 2 centimetry pod povrchem.

Duální vlnová excitační fluorescence využívá skutečnosti, že různé barvy nebo vlnové délky světla urazí v tkáni různé vzdálenosti. Osvětlením fluorescenčních molekul zacílených na nádor různými vlnovými délkami světla a porovnáním jejich reakcí je možné předpovědět, jak hluboko se v tkáni nacházejí činidla zaměřující se na nádor.

"Několik výzkumných skupin přispělo k vývoji matematických vztahů, které spojují hloubku fluoroforu s poměrovými měřeními fluorescence," řekl O'Brien. "Rostoucí vývoj kontrastních látek pro blízké infračervené záření pro použití v medicíně nás povzbudil, abychom navázali na předchozí práci a vyvinuli systém, který funguje v oblasti blízkého infračerveného záření a je také levný a snadno se používá."

Budování systému se dvěma vlnovými délkami

Nový fluorescenční zobrazovací systém využívá 730 nm a 780 nm LED diody k zajištění dvou vlnových délek excitačního světla a monochromatickou CMOS kameru pro zachycení výsledné fluorescence. Byla také začleněna 850 nm LED pro generování obrazu jasného pole, což umožňuje korelaci fluorescenčních obrazů se skutečným pohledem na tkáň. Výzkumníci se rozhodli použít experimentální činidlo vyvinuté v laboratoři Achilefu s názvem LS301, které lze podávat během resekce nádoru, jako infračervenou sondu zacílenou na rakovinu, protože její široké excitační spektrum eliminuje potřebu použití více než jednoho fluoroforu, což by jinak klinickou aplikaci zkomplikovalo. LS301 je v současné době testován v klinických studiích na pacientkách s rakovinou prsu.

Po testování systému na vrstvených syntetických materiálech a kuřecích plátcích vědci vyhodnotili jeho schopnost předpovídat hloubku nádoru pomocí nádorů mléčné žlázy pěstovaných u myší. To bylo provedeno injekčním podáním myší LS301 a jejich zobrazením pomocí systému. Pořízení potřebných snímků trvalo 5 minut. Výpočty založené na těchto snímcích dobře korelovaly se skutečnou hloubkou nádoru a ukázaly průměrnou chybu pouze 0,34 mm, což je pravděpodobně přijatelné pro klinické použití.

Vědci nyní pracují na tom, aby byl systém ještě užitečnější pro chirurgické navádění tím, že urychlili zpracování dat a přidali do systému další automatizaci, aby mohl skenovat celý povrch tkáně.

Zdroj:

optika

Odkaz:

O'Brien, CM, a kol. (2022) Kvantitativní stanovení hloubky nádoru pomocí excitační fluorescence s duální vlnovou délkou. Biomedicínská optika Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.