Nebrangi vaizdo gavimo sistema naudoja fluorescencines molekules naviko ląstelių gyliui nustatyti

Nebrangi vaizdo gavimo sistema naudoja fluorescencines molekules naviko ląstelių gyliui nustatyti

Mokslininkai sukūrė nebrangią, paprastą vaizdo gavimo sistemą, kuri naudoja į naviką nukreiptas fluorescencines molekules, kad nustatytų naviko ląstelių gylį organizme. Nešiojama sistema galiausiai galėtų padėti chirurgams tiksliau atskirti sveiką ir vėžinį audinį, kai pašalinamas navikas.

Gydytojai gali naudoti fluorescencines molekules naviko rezekcijos metu, kad vėžio ląstelės švytėtų ir chirurgas galėtų pamatyti, ar vis dar yra vėžio audinio. Tačiau šiam metodui reikalinga įranga nėra plačiai prieinama ir paprastai nesuteikia kiekybinės informacijos apie tai, kaip giliai audinyje yra vėžio ląstelės. Prieiga prie gilios informacijos padėtų chirurgams pašalinti visą sveikų audinių sluoksnį aplink naviką, o tai, kaip įrodyta, suteikia pacientams geriausius įmanomus rezultatus.

Kelios komercinės sistemos, teikiančios kiekybinę gylio informaciją, yra didelės ir brangios, todėl jų naudojimas ribojamas ne dideliuose medicinos centruose. Mūsų grupė, remdamasi ankstesniu šios srities darbu, sukūrė nebrangią, paprastą sistemą, kuri gali greitai nustatyti naviko ląstelių gylį, naudojant beveik infraraudonųjų spindulių (NIR) fluorescencinius zondus.

Christine M. O’Brien iš Samuel Achilefu laboratorijos Vašingtono universiteto Medicinos mokykloje Sent Luise, tyrimo grupės vadovė

Tyrėjai aprašo savo naują sistemą Optica Publishing Group žurnale Biomedical Optics Express. Nešiojama ir lengvai naudojama sistema galėtų būti naudojama mažai išteklių reikalaujančiuose klinikiniuose centruose, o tai galėtų padėti sumažinti sveikatos skirtumus.

„Tokios sistemos gali būti naudojamos ateityje, siekiant pagerinti pacientų, kuriems pašalinamas navikas, chirurginius rezultatus“, - sakė O'Brienas. "Tai taip pat pašalintų poreikį laukti patologijos rezultatų prieš patvirtinant, ar vėžio ląstelės vis dar yra pašalinus naviką."

Kad vėžys spindėtų

Moksliniais tyrimais įrodyta, kad chirurginiai vėžio gydymo būdai dažniausiai būna sėkmingiausi, kai chirurgai pašalina ne tik auglį, bet ir sveiką audinio sluoksnį, kuris visiškai jį supa. Tačiau tai gali būti sunku, nes sunku nustatyti ribas tarp naviko pabaigos ir sveikų audinių pradžios. Be to, optimalus sveiko sluoksnio storis priklauso nuo naviko tipo ir vietos.

Siekdama paremti šią užduotį, Achilefu Lab tyrimų grupė, vadovaujama O'Brieno, sukūrė naują įrankį, pagrįstą vieno fluorescencinio dažo panaudojimu naviko rezekcijos metu, kurį vėliau galima sužadinti dviem skirtingais NIR bangos ilgiais, kurie prasiskverbia į skirtingus gylius į audinį. Skleidžiama NIR fluorescencija gali būti vaizduojama per audinį, leidžiantį aptikti vėžines ląsteles 1–2 cm žemiau paviršiaus.

Dviejų bangų ilgio sužadinimo fluorescencija naudojasi tuo, kad skirtingos spalvos arba bangos ilgio šviesa audinyje sklinda skirtingais atstumais. Apšviečiant į naviką nukreiptas fluorescencines molekules skirtingais šviesos bangos ilgiais ir lyginant jų reakcijas, galima numatyti, kaip giliai audinyje yra į naviką nukreipiančios medžiagos.

"Kelios mokslinių tyrimų grupės prisidėjo prie matematinių ryšių, kurie susieja fluoroforo gylį su ratiometriniais fluorescencijos matavimais, kūrimo", - sakė O'Brienas. „Didėjantis artimųjų infraraudonųjų spindulių kontrastinių medžiagų, skirtų naudoti medicinoje, kūrimas paskatino mus remtis ankstesniais darbais ir sukurti sistemą, kuri veiktų artimojo infraraudonųjų spindulių diapazone ir būtų nebrangi bei paprasta naudoti.

Sistemos su dviem bangos ilgiais kūrimas

Naujojoje fluorescencinėje vaizdavimo sistemoje naudojami 730 nm ir 780 nm šviesos diodai, užtikrinantys dviejų bangos ilgių sužadinimo šviesą, ir monochrominė CMOS kamera, skirta gautai fluorescencijai užfiksuoti. Taip pat buvo įtrauktas 850 nm šviesos diodas, kad būtų sukurtas ryškus lauko vaizdas, leidžiantis koreliuoti fluorescencinius vaizdus su tikruoju audinio vaizdu. Tyrėjai pasirinko naudoti Achilefu laboratorijoje sukurtą eksperimentinį agentą LS301, kuris gali būti skiriamas naviko rezekcijos metu, kaip į vėžį nukreiptą infraraudonųjų spindulių zondą, nes jo platus sužadinimo spektras pašalina poreikį naudoti daugiau nei vieną fluoroforą, nes kitu atveju klinikinis pritaikymas būtų sudėtingesnis. LS301 šiuo metu bandomas klinikiniuose tyrimuose su krūties vėžiu sergančiomis pacientėmis.

Išbandę sistemą su sluoksniuotomis sintetinėmis medžiagomis ir vištienos griežinėliais, tyrėjai įvertino jos gebėjimą numatyti naviko gylį, naudodamiesi pelėms išaugintais pieno liaukos augliais. Tai buvo padaryta sušvirkščiant pelėms LS301, o tada vaizduojant jas sistema. Reikiamų vaizdų fiksavimas užtruko 5 minutes. Šiais vaizdais pagrįsti skaičiavimai gerai koreliavo su tikruoju naviko gyliu ir parodė tik 0,34 mm paklaidą, kuri tikriausiai yra priimtina klinikiniam naudojimui.

Mokslininkai dabar stengiasi, kad sistema būtų dar naudingesnė chirurginiam vadovavimui, pagreitindami duomenų apdorojimą ir pridėdami papildomos sistemos automatizavimo, kad ji galėtų nuskaityti visą audinių paviršių.

Šaltinis:

optika

Nuoroda:

O'Brienas, CM ir kt. (2022) Kiekybinis naviko gylio nustatymas naudojant dviejų bangų ilgio sužadinimo fluorescenciją. Biomedicininės optikos ekspresas. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.