Az alacsony költségű képalkotó rendszer fluoreszcens molekulákat használ a daganatsejtek mélységének meghatározására

Az alacsony költségű képalkotó rendszer fluoreszcens molekulákat használ a daganatsejtek mélységének meghatározására

A kutatók egy alacsony költségű, egyszerű képalkotó rendszert fejlesztettek ki, amely tumorra célzott fluoreszcens molekulákat használ a daganatsejtek mélységének meghatározására a szervezetben. A hordozható rendszer végül segíthet a sebészeknek pontosabban megkülönböztetni az egészséges és a rákos szövetet a daganat eltávolításakor.

Az orvosok fluoreszcens molekulákat használhatnak a daganat reszekciója során, hogy a rákos sejteket felragyogják, így a sebész láthatja, van-e még rákos szövet. Az ehhez a technikához szükséges berendezések azonban nem állnak rendelkezésre széles körben, és általában nem adnak kvantitatív információt arról, hogy a rákos sejtek milyen mélyen vannak a szövetben. A mélyreható információkhoz való hozzáférés segítené a sebészeket abban, hogy eltávolítsák az egészséges szövet teljes rétegét a daganat körül, ami bizonyítottan a lehető legjobb eredményt nyújtja a betegek számára.

Az a néhány kereskedelmi rendszer, amely mennyiségi mélységinformációt nyújt, nagy és költséges, ami korlátozza a nagy egészségügyi központokon kívüli használatát. Csoportunk az ezen a területen végzett korábbi munkákra építve kifejlesztett egy olcsó, egyszerű rendszert, amely közel-infravörös (NIR) fluoreszcens szondák segítségével gyorsan meg tudja határozni a daganatsejtek mélységét.”

Christine M. O’Brien, a Washington Egyetem St. Louis-i Orvostudományi Karának Samuel Achilefu Laboratóriumának munkatársa, a kutatócsoport vezetője

A kutatók az Optica Publishing Group Biomedical Optics Express folyóiratában ismertetik új rendszerüket. A hordozható és könnyen használható rendszer alacsony erőforrás-igényű klinikai központokban is használható, ami segíthet minimalizálni az egészségügyi különbségeket.

"Az ehhez hasonló rendszereket a jövőben a daganateltávolítás alatt álló betegek műtéti eredményeinek javítására lehetne használni" - mondta O'Brien. "Ez azt is kiküszöbölné, hogy meg kell várni a patológiai eredményeket, mielőtt megbizonyosodna arról, hogy a daganat eltávolítása után is jelen vannak-e rákos sejtek."

A rák ragyogása

A kutatások kimutatták, hogy a rák sebészeti kezelései általában akkor a legsikeresebbek, ha a sebészek nemcsak a daganatot távolítják el, hanem egy egészséges szövetréteget is, amely teljesen körülveszi. Ez azonban nehéz lehet, mert nehéz meghatározni a határokat a daganat vége és az egészséges szövet kezdete között. Ezenkívül az egészséges réteg optimális vastagsága a daganat típusától és helyétől függ.

Ennek a feladatnak a támogatására az O’Brien vezette Achilefu Lab kutatócsoportja kifejlesztett egy új eszközt, amely egyetlen fluoreszcens festék felvitelén alapul a tumor reszekció során, amelyet aztán két különböző NIR hullámhosszal lehet gerjeszteni, amelyek különböző mélységben hatolnak be a szövetbe. A kibocsátott NIR fluoreszcenciát a szöveteken keresztül lehet leképezni, ami lehetővé teszi a rákos sejtek kimutatását a felszín alatt 1-2 centiméterrel.

A kettős hullámhosszú gerjesztésű fluoreszcencia azt a tényt használja ki, hogy a különböző színű vagy hullámhosszú fények különböző távolságokat tesznek meg a szöveten belül. A daganatot célzó fluoreszcens molekulák különböző hullámhosszú fényével történő megvilágításával és reakcióik összehasonlításával megjósolható, hogy a daganatot célzó szerek milyen mélyen helyezkednek el a szövetben.

"Több kutatócsoport is hozzájárult olyan matematikai összefüggések kifejlesztéséhez, amelyek a fluorofor mélységét a ratiometrikus fluoreszcencia mérésekhez kötik" - mondta O'Brien. „A közeli infravörös kontrasztanyagok egyre növekvő fejlesztése az orvostudományban arra ösztönzött bennünket, hogy a korábbi munkákra építve olyan rendszert fejlesszünk ki, amely a közeli infravörös tartományban működik, emellett olcsó és könnyen használható.”

Két hullámhosszú rendszer felépítése

Az új fluoreszcens képalkotó rendszer 730 nm-es és 780 nm-es LED-eket használ a gerjesztő fény két hullámhosszának biztosítására, valamint egy monokróm CMOS kamerát a keletkező fluoreszcencia rögzítésére. Egy 850 nm-es LED-et is beépítettek a fényes mező kép létrehozásához, lehetővé téve a fluoreszcencia képek és a szövet valós képének korrelációját. A kutatók az Achilefu laboratóriumban kifejlesztett, LS301 nevű kísérleti szert választották, amely a daganat eltávolítása során is beadható, rákot célzó infravörös szondaként, mert széles gerjesztési spektruma miatt nincs szükség egynél több fluorofor használatára, ami egyébként bonyolultabbá tette volna a klinikai alkalmazást. Az LS301-et jelenleg mellrákos betegeken végzett klinikai vizsgálatok során tesztelik.

Miután a rendszert réteges szintetikus anyagokon és csirkeszeleteken tesztelték, a kutatók felmérték, hogy egerekben növesztett emlődaganatok segítségével képes előre jelezni a daganat mélységét. Ez úgy történt, hogy az egerekbe LS301-et fecskendeztek, majd leképezték őket a rendszerrel. A szükséges képek rögzítése 5 percet vett igénybe. Az ezeken a képeken alapuló számítások jól korreláltak a daganat tényleges mélységével, és mindössze 0,34 mm-es átlagos hibát mutattak, ami klinikai felhasználásra valószínűleg elfogadható.

A kutatók most azon dolgoznak, hogy a rendszert még hasznosabbá tegyék a sebészeti irányításban az adatfeldolgozás felgyorsításával és a rendszer további automatizálásával, hogy az a teljes szövetfelületet át tudja vizsgálni.

Forrás:

optika

Referencia:

O'Brien, CM, et al. (2022) Kvantitatív tumormélység meghatározása kettős hullámhosszú gerjesztési fluoreszcenciával. Biomedical Optics Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.