Το σύστημα απεικόνισης χαμηλού κόστους χρησιμοποιεί φθορίζοντα μόρια για τον προσδιορισμό του βάθους των καρκινικών κυττάρων

Το σύστημα απεικόνισης χαμηλού κόστους χρησιμοποιεί φθορίζοντα μόρια για τον προσδιορισμό του βάθους των καρκινικών κυττάρων

Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα απλό σύστημα απεικόνισης χαμηλού κόστους που χρησιμοποιεί φθορίζοντα μόρια στοχευμένα στον όγκο για να προσδιορίσει το βάθος των καρκινικών κυττάρων στο σώμα. Το φορητό σύστημα θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει τους χειρουργούς να διακρίνουν με μεγαλύτερη ακρίβεια μεταξύ υγιούς και καρκινικού ιστού κατά την αφαίρεση ενός όγκου.

Οι γιατροί μπορούν να χρησιμοποιήσουν φθορίζοντα μόρια κατά την εκτομή του όγκου για να κάνουν τα καρκινικά κύτταρα να λάμπουν, επιτρέποντας στον χειρουργό να δει αν υπάρχει ακόμη καρκινικός ιστός. Ωστόσο, ο εξοπλισμός που απαιτείται για αυτήν την τεχνική δεν είναι ευρέως διαθέσιμος και συνήθως δεν παρέχει ποσοτικές πληροφορίες σχετικά με το πόσο βαθιά βρίσκονται τα καρκινικά κύτταρα στον ιστό. Η πρόσβαση σε βαθιές πληροφορίες θα βοηθούσε τους χειρουργούς να αφαιρέσουν ένα πλήρες στρώμα υγιούς ιστού γύρω από τον όγκο, το οποίο έχει αποδειχθεί ότι παρέχει τα καλύτερα δυνατά αποτελέσματα στους ασθενείς.

Τα λίγα εμπορικά συστήματα που παρέχουν ποσοτικές πληροφορίες βάθους είναι μεγάλα και ακριβά, περιορίζοντας τη χρήση εκτός μεγάλων ιατρικών κέντρων. Η ομάδα μας βασίστηκε σε προηγούμενες εργασίες σε αυτόν τον τομέα για να αναπτύξει ένα χαμηλού κόστους, απλό σύστημα που μπορεί να προσδιορίσει γρήγορα το βάθος των καρκινικών κυττάρων χρησιμοποιώντας ανιχνευτές φθορισμού κοντά στο υπέρυθρο (NIR).

Christine M. O'Brien του Εργαστηρίου Samuel Achilefu στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας

Οι ερευνητές περιγράφουν το νέο τους σύστημα στο περιοδικό της Optica Publishing Group Biomedical Optics Express. Το φορητό και εύχρηστο σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε κλινικά κέντρα χαμηλών πόρων, γεγονός που θα μπορούσε να βοηθήσει στην ελαχιστοποίηση των ανισοτήτων στην υγεία.

«Συστήματα σαν αυτό θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον για τη βελτίωση των χειρουργικών αποτελεσμάτων για ασθενείς που υποβάλλονται σε αφαίρεση όγκου», είπε ο O'Brien. «Θα εξαλείψει επίσης την ανάγκη αναμονής για τα αποτελέσματα της παθολογίας πριν επιβεβαιωθεί εάν τα καρκινικά κύτταρα εξακολουθούν να υπάρχουν μετά την αφαίρεση του όγκου».

Κάνοντας τον Καρκίνο να λάμψει

Η έρευνα έχει δείξει ότι οι χειρουργικές θεραπείες για τον καρκίνο είναι συνήθως πιο επιτυχημένες όταν οι χειρουργοί αφαιρούν όχι μόνο τον όγκο αλλά και ένα υγιές στρώμα ιστού που τον περιβάλλει πλήρως. Ωστόσο, αυτό μπορεί να είναι δύσκολο γιατί είναι δύσκολο να καθοριστούν τα όρια μεταξύ του τέλους του όγκου και της αρχής του υγιούς ιστού. Επιπλέον, το βέλτιστο πάχος του υγιούς στρώματος εξαρτάται από τον τύπο και τη θέση του όγκου.

Για να υποστηρίξει αυτό το έργο, η ερευνητική ομάδα του Achilefu Lab με επικεφαλής τον O'Brien ανέπτυξε ένα νέο εργαλείο που βασίζεται στην εφαρμογή μιας μόνο φθορίζουσας χρωστικής κατά την εκτομή του όγκου, η οποία μπορεί στη συνέχεια να διεγερθεί από δύο διαφορετικά μήκη κύματος NIR που διεισδύουν σε διαφορετικά βάθη στον ιστό. Ο εκπεμπόμενος φθορισμός NIR μπορεί να απεικονιστεί μέσω ιστού, επιτρέποντας την ανίχνευση καρκινικών κυττάρων 1 έως 2 εκατοστά κάτω από την επιφάνεια.

Ο φθορισμός διέγερσης διπλού μήκους κύματος εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι διαφορετικά χρώματα ή μήκη κύματος φωτός ταξιδεύουν διαφορετικές αποστάσεις μέσα στον ιστό. Φωτίζοντας φθορίζοντα μόρια που στοχεύουν όγκους με διαφορετικά μήκη κύματος φωτός και συγκρίνοντας τις αντιδράσεις τους, είναι δυνατό να προβλεφθεί πόσο βαθιά βρίσκονται οι παράγοντες στόχευσης όγκου στον ιστό.

«Πολλές ερευνητικές ομάδες έχουν συμβάλει στην ανάπτυξη μαθηματικών σχέσεων που συνδέουν το βάθος φθοροφόρου με τις αναλογικές μετρήσεις φθορισμού», είπε ο O'Brien. «Η αυξανόμενη ανάπτυξη παραγόντων αντίθεσης κοντά στο υπέρυθρο για χρήση στην ιατρική μας ενθάρρυνε να βασιστούμε σε προηγούμενες εργασίες και να αναπτύξουμε ένα σύστημα που λειτουργεί στην περιοχή του εγγύς υπέρυθρου και είναι επίσης φθηνό και εύκολο στη χρήση».

Κατασκευή συστήματος με δύο μήκη κύματος

Το νέο σύστημα απεικόνισης φθορισμού χρησιμοποιεί LED 730 nm και 780 nm για να παρέχει τα δύο μήκη κύματος του φωτός διέγερσης και μια μονόχρωμη κάμερα CMOS για την καταγραφή του φθορισμού που προκύπτει. Ένα LED 850 nm ενσωματώθηκε επίσης για να δημιουργήσει μια φωτεινή εικόνα πεδίου, επιτρέποντας τη συσχέτιση των εικόνων φθορισμού με την πραγματική προβολή του ιστού. Οι ερευνητές επέλεξαν να χρησιμοποιήσουν έναν πειραματικό παράγοντα που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο Achilefu που ονομάζεται LS301, ο οποίος μπορεί να χορηγηθεί κατά την εκτομή του όγκου, ως υπέρυθρο ανιχνευτή στόχευσης καρκίνου, επειδή το ευρύ φάσμα διέγερσής του εξαλείφει την ανάγκη χρήσης περισσότερων του ενός φθοροφόρων, κάτι που διαφορετικά θα έκανε την κλινική εφαρμογή πιο περίπλοκη. Το LS301 δοκιμάζεται επί του παρόντος σε κλινικές δοκιμές σε ασθενείς με καρκίνο του μαστού.

Αφού δοκίμασαν το σύστημα σε πολυεπίπεδα συνθετικά υλικά και φέτες κοτόπουλου, οι ερευνητές αξιολόγησαν την ικανότητά του να προβλέπει το βάθος ενός όγκου χρησιμοποιώντας όγκους του μαστού που αναπτύχθηκαν σε ποντίκια. Αυτό έγινε με ένεση στα ποντίκια με LS301 και στη συνέχεια απεικόνιση τους με το σύστημα. Η λήψη των απαραίτητων εικόνων διήρκεσε 5 λεπτά. Οι υπολογισμοί που βασίστηκαν σε αυτές τις εικόνες συσχετίστηκαν καλά με το πραγματικό βάθος του όγκου και έδειξαν ένα μέσο σφάλμα μόλις 0,34 mm, το οποίο είναι πιθανώς αποδεκτό για κλινική χρήση.

Οι ερευνητές εργάζονται τώρα για να κάνουν το σύστημα ακόμη πιο χρήσιμο για χειρουργική καθοδήγηση, επιταχύνοντας την επεξεργασία δεδομένων και προσθέτοντας επιπλέον αυτοματισμό στο σύστημα, ώστε να μπορεί να σαρώσει ολόκληρη την επιφάνεια του ιστού.

Πηγή:

οπτική

Αναφορά:

O'Brien, CM, et al. (2022) Ποσοτικός προσδιορισμός βάθους όγκου με χρήση φθορισμού διέγερσης διπλού μήκους κύματος. Biomedical Optics Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.