Madala hinnaga pildistamissüsteem kasutab kasvajarakkude sügavuse määramiseks fluorestseeruvaid molekule

Madala hinnaga pildistamissüsteem kasutab kasvajarakkude sügavuse määramiseks fluorestseeruvaid molekule

Teadlased on välja töötanud odava ja lihtsa pildistamissüsteemi, mis kasutab kasvajale suunatud fluorestseeruvaid molekule, et määrata kasvajarakkude sügavust kehas. Kaasaskantav süsteem võib lõpuks aidata kirurgidel kasvaja eemaldamisel täpsemalt eristada tervet ja vähkkasvajat.

Arstid saavad kasvaja resektsiooni ajal kasutada fluorestseeruvaid molekule, et panna vähirakud hõõguma, võimaldades kirurgil näha, kas vähikude on ikka veel olemas. Selle tehnika jaoks vajalikud seadmed ei ole aga laialdaselt kättesaadavad ega anna tavaliselt kvantitatiivset teavet vähirakkude kudede sügavuse kohta. Juurdepääs sügavale teabele aitaks kirurgidel eemaldada kasvaja ümber terve terve koekihi, mis on tõestatult andnud patsientidele parimad võimalikud tulemused.

Vähesed kaubanduslikud süsteemid, mis pakuvad kvantitatiivset sügavust teavet, on suured ja kallid, piirates nende kasutamist väljaspool suuri meditsiinikeskusi. Meie rühm tugines selle valdkonna varasemale tööle, et töötada välja odav ja lihtne süsteem, mis suudab kiiresti määrata kasvajarakkude sügavuse, kasutades lähi-infrapuna (NIR) fluorestsentssonde.

Christine M. O’Brien Washingtoni ülikooli meditsiinikooli Samuel Achilefu laborist St. Louisis, uurimisrühma juht

Teadlased kirjeldavad oma uut süsteemi Optica Publishing Groupi ajakirjas Biomedical Optics Express. Kaasaskantavat ja hõlpsasti kasutatavat süsteemi saaks kasutada vähese ressursiga kliinilistes keskustes, mis võib aidata minimeerida terviseerinevusi.

"Selliseid süsteeme võiks tulevikus kasutada kasvaja eemaldamisel läbivate patsientide kirurgiliste tulemuste parandamiseks," ütles O'Brien. "See välistaks ka vajaduse oodata patoloogia tulemusi, enne kui kinnitate, kas vähirakud on endiselt olemas pärast kasvaja eemaldamist."

Vähi särama panemine

Uuringud on näidanud, et vähi kirurgilised ravimeetodid on tavaliselt kõige edukamad, kui kirurgid eemaldavad lisaks kasvajale ka terve koekihi, mis seda täielikult ümbritseb. See võib aga olla keeruline, kuna kasvaja lõpu ja terve koe alguse vahel on piiride määramine raske. Lisaks sõltub terve kihi optimaalne paksus kasvaja tüübist ja asukohast.

Selle ülesande toetamiseks töötas O’Brieni juhitud Achilefu Labi uurimisrühm välja uue tööriista, mis põhineb kasvaja resektsiooni käigus ühe fluorestseeruva värvaine pealekandmisel, mida saab seejärel ergutada kahe erineva NIR lainepikkusega, mis tungivad koesse erinevatele sügavustele. Emiteeritud NIR-fluorestsentsi saab pildistada läbi koe, mis võimaldab tuvastada vähirakke 1–2 sentimeetrit pinnast allpool.

Kahe lainepikkusega ergastusfluorestsents kasutab ära asjaolu, et valguse erinevad värvid või lainepikkused liiguvad koes erineval kaugusel. Valgustades kasvajale suunatud fluorestseeruvaid molekule erineva valguse lainepikkusega ja võrreldes nende reaktsioone, on võimalik ennustada, kui sügaval koes paiknevad kasvajale suunatud ained.

"Mitmed uurimisrühmad on aidanud arendada matemaatilisi seoseid, mis seovad fluorofoori sügavuse ratiomeetriliste fluorestsentsi mõõtmistega, " ütles O'Brien. "Meditsiinis kasutatavate lähi-infrapuna kontrastainete kasvav areng innustas meid tuginema varasemale tööle ja töötama välja süsteemi, mis töötab lähi-infrapuna vahemikus ning on ka odav ja hõlpsasti kasutatav."

Kahe lainepikkusega süsteemi ehitamine

Uus fluorestsentspildisüsteem kasutab ergastava valguse kahe lainepikkuse pakkumiseks 730 nm ja 780 nm LED-e ja saadud fluorestsentsi jäädvustamiseks monokroomset CMOS-kaamerat. Ereda väljakujutise genereerimiseks lisati ka 850 nm LED, mis võimaldas fluorestsentskujutisi korreleerida koe tegeliku vaatega. Teadlased otsustasid kasutada Achilefu laboris välja töötatud eksperimentaalset ainet nimega LS301, mida saab manustada kasvaja resektsiooni ajal, kui vähki suunavat infrapunasondi, kuna selle lai ergastusspekter välistab vajaduse kasutada rohkem kui ühte fluorofoori, mis muidu oleks muutnud kliinilise rakenduse keerulisemaks. LS301 testitakse praegu rinnavähiga patsientide kliinilistes uuringutes.

Pärast süsteemi testimist kihiliste sünteetiliste materjalide ja kanaviiludega hindasid teadlased selle võimet ennustada kasvaja sügavust, kasutades hiirtel kasvatatud rinnanäärmekasvajaid. Selleks süstiti hiirtele LS301 ja seejärel pildistati neid süsteemiga. Vajalike piltide jäädvustamine võttis aega 5 minutit. Nendel piltidel põhinevad arvutused korreleerusid hästi kasvaja tegeliku sügavusega ja näitasid, et keskmine viga oli vaid 0,34 mm, mis on ilmselt kliiniliseks kasutamiseks vastuvõetav.

Teadlased töötavad nüüd selle nimel, et muuta süsteem kirurgilise juhendamise jaoks veelgi kasulikumaks, kiirendades andmetöötlust ja lisades süsteemile täiendavat automatiseerimist, et see saaks skaneerida kogu koepinda.

Allikas:

optika

Viide:

O'Brien, CM, et al. (2022) Kvantitatiivne kasvaja sügavuse määramine kahe lainepikkusega ergastusfluorestsentsi abil. Biomedical Optics Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.