Il sistema di imaging a basso costo utilizza molecole fluorescenti per determinare la profondità delle cellule tumorali

Il sistema di imaging a basso costo utilizza molecole fluorescenti per determinare la profondità delle cellule tumorali

I ricercatori hanno sviluppato un sistema di imaging semplice e a basso costo che utilizza molecole fluorescenti mirate al tumore per determinare la profondità delle cellule tumorali nel corpo. Il sistema portatile potrebbe eventualmente aiutare i chirurghi a distinguere più accuratamente tra tessuto sano e canceroso durante la rimozione di un tumore.

I medici possono utilizzare molecole fluorescenti durante la resezione del tumore per far brillare le cellule tumorali, consentendo al chirurgo di vedere se il tessuto tumorale è ancora presente. Tuttavia, l’attrezzatura necessaria per questa tecnica non è ampiamente disponibile e in genere non fornisce informazioni quantitative sulla profondità delle cellule tumorali nel tessuto. L’accesso a informazioni approfondite aiuterebbe i chirurghi a rimuovere uno strato completo di tessuto sano attorno al tumore, cosa che ha dimostrato di fornire i migliori risultati possibili per i pazienti.

I pochi sistemi commerciali che forniscono informazioni quantitative approfondite sono grandi e costosi, e ne limitano l’uso al di fuori dei grandi centri medici. Il nostro gruppo si è basato sul lavoro precedente in quest’area per sviluppare un sistema semplice e a basso costo in grado di determinare rapidamente la profondità delle cellule tumorali utilizzando sonde fluorescenti nel vicino infrarosso (NIR).

Christine M. O’Brien del Samuel Achilefu Laboratory della Washington University School of Medicine di St. Louis, leader del gruppo di ricerca

I ricercatori descrivono il loro nuovo sistema nella rivista Biomedical Optics Express dell'Optica Publishing Group. Il sistema portatile e facile da usare potrebbe essere utilizzato in centri clinici con risorse limitate, il che potrebbe aiutare a ridurre al minimo le disparità sanitarie.

“Sistemi come questo potrebbero essere utilizzati in futuro per migliorare i risultati chirurgici per i pazienti sottoposti a rimozione del tumore”, ha affermato O’Brien. “Eliminerebbe anche la necessità di attendere i risultati dell’esame patologico prima di confermare se le cellule tumorali sono ancora presenti dopo la rimozione del tumore”.

Far risplendere il cancro

La ricerca ha dimostrato che i trattamenti chirurgici per il cancro hanno solitamente maggior successo quando i chirurghi rimuovono non solo il tumore ma anche uno strato sano di tessuto che lo circonda completamente. Tuttavia, questo può essere difficile perché è difficile determinare i confini tra la fine del tumore e l’inizio del tessuto sano. Inoltre, lo spessore ottimale dello strato sano dipende dal tipo e dalla posizione del tumore.

Per supportare questo compito, il gruppo di ricerca dell’Achilefu Lab guidato da O’Brien ha sviluppato un nuovo strumento basato sull’applicazione di un singolo colorante fluorescente durante la resezione del tumore, che può poi essere eccitato da due diverse lunghezze d’onda NIR che penetrano a diverse profondità nel tessuto. La fluorescenza NIR emessa può essere ripresa attraverso il tessuto, consentendo il rilevamento di cellule tumorali da 1 a 2 centimetri sotto la superficie.

La fluorescenza ad eccitazione a doppia lunghezza d'onda sfrutta il fatto che diversi colori o lunghezze d'onda della luce percorrono distanze diverse all'interno del tessuto. Illuminando le molecole fluorescenti che mirano al tumore con diverse lunghezze d'onda della luce e confrontando le loro reazioni, è possibile prevedere quanto in profondità si trovano gli agenti che mirano al tumore nel tessuto.

"Diversi gruppi di ricerca hanno contribuito allo sviluppo di relazioni matematiche che collegano la profondità del fluoroforo alle misurazioni raziometriche della fluorescenza", ha affermato O'Brien. “Il crescente sviluppo di agenti di contrasto nel vicino infrarosso da utilizzare in medicina ci ha incoraggiato a basarci sul lavoro precedente e a sviluppare un sistema che funzioni nella gamma del vicino infrarosso e sia anche poco costoso e facile da usare”.

Costruire un sistema con due lunghezze d'onda

Il nuovo sistema di imaging a fluorescenza utilizza LED da 730 nm e 780 nm per fornire le due lunghezze d'onda della luce di eccitazione e una fotocamera CMOS monocromatica per catturare la fluorescenza risultante. È stato inoltre incorporato un LED da 850 nm per generare un'immagine in campo chiaro, consentendo la correlazione delle immagini in fluorescenza con la visione reale del tessuto. I ricercatori hanno scelto di utilizzare un agente sperimentale sviluppato nel laboratorio di Achilefu chiamato LS301, che può essere somministrato durante la resezione del tumore, come sonda a infrarossi mirata al cancro perché il suo ampio spettro di eccitazione elimina la necessità di utilizzare più di un fluoroforo, che altrimenti avrebbe reso l’applicazione clinica più complessa. L'LS301 è attualmente in fase di test in studi clinici su pazienti affetti da cancro al seno.

Dopo aver testato il sistema su materiali sintetici stratificati e fette di pollo, i ricercatori hanno valutato la sua capacità di prevedere la profondità di un tumore utilizzando tumori mammari coltivati ​​nei topi. Ciò è stato fatto iniettando nei topi LS301 e quindi visualizzandoli con il sistema. Per catturare le immagini necessarie sono stati necessari 5 minuti. I calcoli basati su queste immagini si correlavano bene con la profondità effettiva del tumore e mostravano un errore medio di soli 0,34 mm, probabilmente accettabile per l'uso clinico.

I ricercatori stanno ora lavorando per rendere il sistema ancora più utile per la guida chirurgica accelerando l’elaborazione dei dati e aggiungendo ulteriore automazione al sistema in modo che possa scansionare l’intera superficie del tessuto.

Fonte:

ottica

Riferimento:

O'Brien, CM, et al. (2022) Determinazione quantitativa della profondità del tumore mediante fluorescenza di eccitazione a doppia lunghezza d'onda. Ottica biomedica Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

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