Edullinen kuvantamisjärjestelmä käyttää fluoresoivia molekyylejä kasvainsolujen syvyyden määrittämiseen

Edullinen kuvantamisjärjestelmä käyttää fluoresoivia molekyylejä kasvainsolujen syvyyden määrittämiseen

Tutkijat ovat kehittäneet edullisen, yksinkertaisen kuvantamisjärjestelmän, joka käyttää kasvaimeen kohdistettuja fluoresoivia molekyylejä määrittääkseen kasvainsolujen syvyyden kehossa. Kannettava järjestelmä voisi lopulta auttaa kirurgeja erottamaan paremmin terveen ja syöpäkudoksen, kun ne poistavat kasvaimen.

Lääkärit voivat käyttää fluoresoivia molekyylejä kasvaimen resektion aikana saadakseen syöpäsolut hehkumaan, jolloin kirurgi voi nähdä, onko syöpäkudosta edelleen olemassa. Tätä tekniikkaa varten tarvittavia laitteita ei kuitenkaan ole laajalti saatavilla, eivätkä ne tyypillisesti tarjoa kvantitatiivista tietoa siitä, kuinka syvällä syöpäsolut ovat kudoksessa. Pääsy syvään tietoon auttaisi kirurgeja poistamaan kasvaimen ympäriltä täydellisen terveen kudoksen kerroksen, jonka on todistettu tarjoavan potilaille parhaat mahdolliset tulokset.

Ne harvat kaupalliset järjestelmät, jotka tarjoavat kvantitatiivisia syvyystietoja, ovat suuria ja kalliita, mikä rajoittaa käyttöä suurten terveyskeskusten ulkopuolella. Ryhmämme rakensi aiemman tällä alalla tehdyn työn perusteella kehittääkseen edullisen, yksinkertaisen järjestelmän, joka voi nopeasti määrittää kasvainsolujen syvyyden käyttämällä lähi-infrapuna (NIR) fluoresoivia koettimia.

Christine M. O'Brien Samuel Achilefu -laboratoriosta Washingtonin yliopiston lääketieteellisessä korkeakoulussa St. Louisissa, tutkimusryhmän johtaja

Tutkijat kuvaavat uutta järjestelmäänsä Optica Publishing Group -lehdessä Biomedical Optics Express. Kannettavaa ja helppokäyttöistä järjestelmää voitaisiin käyttää vähän resursseja vaativissa kliinisissä keskuksissa, mikä voisi auttaa minimoimaan terveyserot.

"Tällaisia ​​järjestelmiä voitaisiin käyttää tulevaisuudessa parantamaan potilaiden kirurgisia tuloksia, joille tehdään kasvainpoisto", O'Brien sanoi. "Se poistaisi myös tarpeen odottaa patologian tuloksia ennen kuin varmistetaan, onko syöpäsoluja edelleen läsnä kasvaimen poistamisen jälkeen."

Syöpä loistaa

Tutkimukset ovat osoittaneet, että syövän kirurgiset hoidot ovat yleensä menestyksekkäimpiä, kun kirurgit poistavat kasvaimen lisäksi myös terveen kudoskerroksen, joka ympäröi sitä kokonaan. Tämä voi kuitenkin olla vaikeaa, koska on vaikea määrittää rajoja kasvaimen lopun ja terveen kudoksen alun välillä. Lisäksi terveen kerroksen optimaalinen paksuus riippuu kasvaimen tyypistä ja sijainnista.

Tämän tehtävän tukemiseksi O’Brienin johtama Achilefu Lab -tutkimusryhmä kehitti uuden työkalun, joka perustuu yhden fluoresoivan väriaineen levittämiseen kasvaimen resektioon, joka voidaan sitten virittää kahdella eri NIR-aallonpituudella, jotka tunkeutuvat eri syvyyksiin kudokseen. Säteilevä NIR-fluoresenssi voidaan kuvata kudoksen läpi, mikä mahdollistaa syöpäsolujen havaitsemisen 1-2 senttimetriä pinnan alapuolella.

Kaksoisaallonpituusviritysfluoresenssi hyödyntää sitä tosiasiaa, että valon eri värit tai aallonpituudet kulkevat eri matkoja kudoksen sisällä. Valaisemalla kasvaimeen kohdistuvia fluoresoivia molekyylejä eri valon aallonpituuksilla ja vertaamalla niiden reaktioita voidaan ennustaa, kuinka syvälle kasvaimeen kohdistuvat aineet sijaitsevat kudoksessa.

"Useat tutkimusryhmät ovat auttaneet kehittämään matemaattisia suhteita, jotka yhdistävät fluoroforin syvyyden ratiometrisiin fluoresenssimittauksiin", sanoi O'Brien. "Lääketieteessä käytettävien lähi-infrapunavarjoaineiden lisääntyvä kehitys kannusti meitä jatkamaan aiemman työn pohjalta ja kehittämään järjestelmää, joka toimii lähi-infrapuna-alueella ja on myös edullinen ja helppokäyttöinen."

Kahden aallonpituuden järjestelmän rakentaminen

Uusi fluoresenssikuvausjärjestelmä käyttää 730 nm ja 780 nm LEDejä viritysvalon kahden aallonpituuden tuottamiseen ja yksiväristä CMOS-kameraa tuloksena olevan fluoresenssin kaappaamiseen. Myös 850 nm:n LED-valo tuotti kirkkaan kenttäkuvan, mikä mahdollistaa fluoresenssikuvien korreloinnin kudoksen todellisen kuvan kanssa. Tutkijat päättivät käyttää Achilefun laboratoriossa kehitettyä kokeellista ainetta LS301, jota voidaan antaa kasvaimen resektiossa, syöpään kohdistuvana infrapuna-anturina, koska sen laaja viritysspektri eliminoi tarpeen käyttää useampaa kuin yhtä fluoroforia, mikä muuten olisi tehnyt kliinisestä sovelluksesta monimutkaisempaa. LS301:tä testataan parhaillaan kliinisissä tutkimuksissa rintasyöpäpotilailla.

Testattuaan järjestelmää kerroksellisilla synteettisillä materiaaleilla ja kanaviipaleilla tutkijat arvioivat sen kykyä ennustaa kasvaimen syvyyttä hiirillä kasvatettujen rintakasvaimien avulla. Tämä tehtiin ruiskuttamalla hiiriin LS301:tä ja kuvantamalla ne sitten järjestelmällä. Tarvittavien kuvien ottaminen kesti 5 minuuttia. Näihin kuviin perustuvat laskelmat korreloivat hyvin kasvaimen todellisen syvyyden kanssa ja osoittivat vain 0,34 mm:n keskimääräisen virheen, mikä on luultavasti hyväksyttävää kliiniseen käyttöön.

Tutkijat työskentelevät nyt tehdäkseen järjestelmästä entistä hyödyllisemmän kirurgiseen ohjaukseen nopeuttamalla tietojenkäsittelyä ja lisäämällä järjestelmään lisäautomaatiota, jotta se pystyy skannaamaan koko kudospinnan.

Lähde:

optiikka

Viite:

O'Brien, CM, et ai. (2022) Kvantitatiivinen kasvaimen syvyyden määritys käyttämällä kahden aallonpituuden viritysfluoresenssia. Biomedical Optics Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.