Jeftini sustav snimanja koristi fluorescentne molekule za određivanje dubine tumorskih stanica

Jeftini sustav snimanja koristi fluorescentne molekule za određivanje dubine tumorskih stanica

Istraživači su razvili jeftin, jednostavan sustav snimanja koji koristi fluorescentne molekule usmjerene na tumore za određivanje dubine tumorskih stanica u tijelu. Prijenosni sustav bi s vremenom mogao pomoći kirurzima da točnije razlikuju zdravo i kancerogeno tkivo prilikom uklanjanja tumora.

Doktori mogu koristiti fluorescentne molekule tijekom resekcije tumora kako bi stanice raka zasjale, omogućujući kirurgu da vidi je li tkivo raka još prisutno. Međutim, oprema potrebna za ovu tehniku ​​nije široko dostupna i obično ne daje kvantitativne informacije o tome koliko su duboko stanice raka u tkivu. Pristup dubokim informacijama pomogao bi kirurzima da uklone cijeli sloj zdravog tkiva oko tumora, što dokazano daje najbolje moguće rezultate za pacijente.

Nekoliko komercijalnih sustava koji pružaju kvantitativne dubinske informacije su veliki i skupi, ograničavajući upotrebu izvan velikih medicinskih centara. Naša grupa temeljila se na prethodnom radu u ovom području kako bi razvila jeftin, jednostavan sustav koji može brzo odrediti dubinu tumorskih stanica pomoću fluorescentnih sondi blizu infracrvenog (NIR).”

Christine M. O’Brien iz Laboratorija Samuel Achilefu na Medicinskom fakultetu Sveučilišta Washington u St. Louisu, voditeljica istraživačkog tima

Istraživači opisuju svoj novi sustav u časopisu Optica Publishing Group Biomedical Optics Express. Prijenosni sustav jednostavan za korištenje mogao bi se koristiti u kliničkim centrima s malim resursima, što bi moglo pomoći u smanjenju razlika u zdravstvu.

"Ovakvi sustavi mogli bi se koristiti u budućnosti za poboljšanje kirurških ishoda za pacijente koji se podvrgavaju uklanjanju tumora", rekao je O'Brien. "To bi također eliminiralo potrebu čekanja na rezultate patologije prije potvrde jesu li stanice raka još uvijek prisutne nakon uklanjanja tumora."

Neka rak zablista

Istraživanja su pokazala da su kirurški tretmani raka obično najuspješniji kada kirurzi uklone ne samo tumor već i zdravi sloj tkiva koji ga u potpunosti okružuje. Međutim, to može biti teško jer je teško odrediti granice između kraja tumora i početka zdravog tkiva. Osim toga, optimalna debljina zdravog sloja ovisi o vrsti i mjestu tumora.

Kako bi podržao ovaj zadatak, istraživački tim Achilefu Laba predvođen O’Brienom razvio je novi alat temeljen na primjeni jedne fluorescentne boje tijekom resekcije tumora, koja se zatim može pobuditi s dvije različite NIR valne duljine koje prodiru različite dubine u tkivo. Emitirana NIR fluorescencija može se prikazati kroz tkivo, omogućujući otkrivanje stanica raka 1 do 2 centimetra ispod površine.

Fluorescencija pobude dvostruke valne duljine iskorištava činjenicu da različite boje ili valne duljine svjetlosti putuju različitim udaljenostima unutar tkiva. Osvjetljavanjem fluorescentnih molekula koje ciljaju tumor različitim valnim duljinama svjetlosti i usporedbom njihovih reakcija, moguće je predvidjeti koliko su duboko u tkivu agensi koji ciljaju tumor.

"Nekoliko istraživačkih skupina pridonijelo je razvoju matematičkih odnosa koji povezuju dubinu fluorofora s raciometrijskim mjerenjima fluorescencije", rekao je O'Brien. "Sve veći razvoj kontrastnih sredstava za blisko infracrveno zračenje za upotrebu u medicini potaknuo nas je da nadogradimo prethodni rad i razvijemo sustav koji radi u bliskom infracrvenom području, a također je jeftin i jednostavan za korištenje."

Izgradnja sustava s dvije valne duljine

Novi sustav fluorescentne slike koristi LED diode od 730 nm i 780 nm za pružanje dvije valne duljine pobudne svjetlosti i monokromatsku CMOS kameru za snimanje rezultirajuće fluorescencije. Također je ugrađen LED od 850 nm za generiranje slike svijetlog polja, što omogućuje korelaciju fluorescentnih slika sa stvarnim pogledom na tkivo. Istraživači su odlučili upotrijebiti eksperimentalni agens razvijen u laboratoriju Achilefu pod nazivom LS301, koji se može primijeniti tijekom resekcije tumora, kao infracrvenu sondu za ciljanje raka jer njegov široki spektar pobuđivanja eliminira potrebu za korištenjem više od jednog fluorofora, što bi inače kliničku primjenu učinilo složenijom. LS301 se trenutno testira u kliničkim ispitivanjima na pacijenticama s rakom dojke.

Nakon testiranja sustava na slojevitim sintetičkim materijalima i kriškama piletine, istraživači su procijenili njegovu sposobnost predviđanja dubine tumora koristeći tumore dojke uzgojene u miševa. To je učinjeno ubrizgavanjem LS301 u miševe, a zatim ih je slikano sustavom. Snimanje potrebnih slika trajalo je 5 minuta. Izračuni temeljeni na ovim slikama dobro su korelirali sa stvarnom dubinom tumora i pokazali su prosječnu pogrešku od samo 0,34 mm, što je vjerojatno prihvatljivo za kliničku upotrebu.

Istraživači sada rade na tome da sustav učine još korisnijim za kirurško vođenje ubrzavanjem obrade podataka i dodavanjem dodatne automatizacije sustavu tako da može skenirati cijelu površinu tkiva.

Izvor:

optika

Referenca:

O'Brien, CM, et al. (2022) Kvantitativno određivanje dubine tumora pomoću ekscitacijske fluorescencije dvostruke valne duljine. Biomedicinska optika Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.