Un système d'imagerie peu coûteux utilise des molécules fluorescentes pour déterminer la profondeur des cellules tumorales

Un système d'imagerie peu coûteux utilise des molécules fluorescentes pour déterminer la profondeur des cellules tumorales

Les chercheurs ont développé un système d’imagerie simple et peu coûteux qui utilise des molécules fluorescentes ciblées sur les tumeurs pour déterminer la profondeur des cellules tumorales dans le corps. Le système portable pourrait éventuellement aider les chirurgiens à distinguer plus précisément les tissus sains des tissus cancéreux lors de l’ablation d’une tumeur.

Les médecins peuvent utiliser des molécules fluorescentes lors de la résection d’une tumeur pour faire briller les cellules cancéreuses, permettant ainsi au chirurgien de voir si du tissu cancéreux est toujours présent. Cependant, l’équipement requis pour cette technique n’est pas largement disponible et ne fournit généralement pas d’informations quantitatives sur la profondeur des cellules cancéreuses dans les tissus. L’accès à des informations approfondies aiderait les chirurgiens à éliminer une couche complète de tissu sain autour de la tumeur, ce qui s’est avéré fournir les meilleurs résultats possibles pour les patients.

Les quelques systèmes commerciaux fournissant des informations quantitatives approfondies sont volumineux et coûteux, ce qui limite leur utilisation en dehors des grands centres médicaux. Notre groupe s’est appuyé sur des travaux antérieurs dans ce domaine pour développer un système simple et peu coûteux capable de déterminer rapidement la profondeur des cellules tumorales à l’aide de sondes fluorescentes proche infrarouge (NIR).

Christine M. O'Brien du laboratoire Samuel Achilefu de la faculté de médecine de l'université de Washington à Saint-Louis, chef de l'équipe de recherche

Les chercheurs décrivent leur nouveau système dans la revue Biomedical Optics Express d'Optica Publishing Group. Le système portable et facile à utiliser pourrait être utilisé dans des centres cliniques à faibles ressources, ce qui pourrait contribuer à minimiser les disparités en matière de santé.

"Des systèmes comme celui-ci pourraient être utilisés à l'avenir pour améliorer les résultats chirurgicaux des patients subissant une ablation de tumeur", a déclaré O'Brien. « Cela éliminerait également le besoin d’attendre les résultats pathologiques avant de confirmer si les cellules cancéreuses sont toujours présentes après l’ablation de la tumeur. »

Faire briller le cancer

La recherche a montré que les traitements chirurgicaux contre le cancer sont généralement plus efficaces lorsque les chirurgiens enlèvent non seulement la tumeur, mais également une couche saine de tissu qui l'entoure complètement. Cependant, cela peut être difficile car il est difficile de déterminer les limites entre la fin de la tumeur et le début des tissus sains. De plus, l’épaisseur optimale de la couche saine dépend du type et de la localisation de la tumeur.

Pour soutenir cette tâche, l’équipe de recherche du laboratoire Achilefu dirigée par O’Brien a développé un nouvel outil basé sur l’application d’un seul colorant fluorescent lors de la résection de la tumeur, qui peut ensuite être excité par deux longueurs d’onde NIR différentes qui pénètrent à différentes profondeurs dans le tissu. La fluorescence NIR émise peut être imagée à travers les tissus, permettant ainsi la détection des cellules cancéreuses à 1 à 2 centimètres sous la surface.

La fluorescence d'excitation à double longueur d'onde tire parti du fait que différentes couleurs ou longueurs d'onde de lumière parcourent différentes distances dans le tissu. En éclairant des molécules fluorescentes ciblant les tumeurs avec différentes longueurs d'onde de lumière et en comparant leurs réactions, il est possible de prédire à quelle profondeur les agents ciblant les tumeurs se trouvent dans le tissu.

"Plusieurs groupes de recherche ont contribué au développement de relations mathématiques reliant la profondeur des fluorophores aux mesures ratiométriques de fluorescence", a déclaré O'Brien. "Le développement croissant d'agents de contraste dans le proche infrarouge destinés à être utilisés en médecine nous a encouragés à nous appuyer sur des travaux antérieurs et à développer un système qui fonctionne dans le proche infrarouge et qui est également peu coûteux et facile à utiliser."

Construire un système à deux longueurs d'onde

Le nouveau système d'imagerie par fluorescence utilise des LED de 730 nm et 780 nm pour fournir les deux longueurs d'onde de la lumière d'excitation et une caméra CMOS monochrome pour capturer la fluorescence résultante. Une LED de 850 nm a également été incorporée pour générer une image en champ clair, permettant la corrélation des images de fluorescence avec la vue réelle du tissu. Les chercheurs ont choisi d’utiliser un agent expérimental développé dans le laboratoire Achilefu appelé LS301, qui peut être administré lors de la résection d’une tumeur, comme sonde infrarouge ciblant le cancer, car son large spectre d’excitation élimine le besoin d’utiliser plus d’un fluorophore, ce qui aurait autrement rendu l’application clinique plus complexe. Le LS301 est actuellement testé dans le cadre d’essais cliniques sur des patientes atteintes d’un cancer du sein.

Après avoir testé le système sur des matériaux synthétiques en couches et des tranches de poulet, les chercheurs ont évalué sa capacité à prédire la profondeur d'une tumeur à l'aide de tumeurs mammaires cultivées chez la souris. Cela a été réalisé en injectant du LS301 aux souris, puis en les imageant avec le système. La capture des images nécessaires a pris 5 minutes. Les calculs basés sur ces images correspondaient bien à la profondeur réelle de la tumeur et montraient une erreur moyenne de seulement 0,34 mm, ce qui est probablement acceptable pour une utilisation clinique.

Les chercheurs travaillent maintenant à rendre le système encore plus utile pour le guidage chirurgical en accélérant le traitement des données et en ajoutant une automatisation supplémentaire au système afin qu'il puisse analyser toute la surface des tissus.

Source:

optique

Référence:

O'Brien, CM, et al. (2022) Détermination quantitative de la profondeur de la tumeur à l’aide de la fluorescence d’excitation à double longueur d’onde. Optique biomédicale Express. est ce que je.org/10.1364/BOE.468059.

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