Zemu izmaksu attēlveidošanas sistēma izmanto fluorescējošas molekulas, lai noteiktu audzēja šūnu dziļumu

Zemu izmaksu attēlveidošanas sistēma izmanto fluorescējošas molekulas, lai noteiktu audzēja šūnu dziļumu

Pētnieki ir izstrādājuši lētu, vienkāršu attēlveidošanas sistēmu, kas izmanto uz audzēju vērstas fluorescējošas molekulas, lai noteiktu audzēja šūnu dziļumu organismā. Pārnēsājamā sistēma galu galā varētu palīdzēt ķirurgiem precīzāk atšķirt veselos un vēža audus, noņemot audzēju.

Ārsti audzēja rezekcijas laikā var izmantot fluorescējošas molekulas, lai vēža šūnas mirdzētu, ļaujot ķirurgam redzēt, vai vēža audi joprojām ir klāt. Tomēr šai tehnikai nepieciešamais aprīkojums nav plaši pieejams un parasti nesniedz kvantitatīvu informāciju par to, cik dziļi vēža šūnas atrodas audos. Piekļuve dziļai informācijai palīdzētu ķirurgiem noņemt visu veselo audu slāni ap audzēju, kas, kā pierādīts, nodrošina vislabākos iespējamos rezultātus pacientiem.

Dažas komerciālās sistēmas, kas nodrošina kvantitatīvu dziļuma informāciju, ir lielas un dārgas, ierobežojot izmantošanu ārpus lieliem medicīnas centriem. Mūsu grupa balstījās uz iepriekšējo darbu šajā jomā, lai izstrādātu zemu izmaksu, vienkāršu sistēmu, kas var ātri noteikt audzēja šūnu dziļumu, izmantojot gandrīz infrasarkanās (NIR) fluorescējošās zondes.

Kristīne M. O’Braiena no Semjuela Ačilefu laboratorijas Vašingtonas Universitātes Medicīnas skolā Sentluisā, pētnieku grupas vadītāja

Pētnieki apraksta savu jauno sistēmu Optica Publishing Group žurnālā Biomedical Optics Express. Pārnēsājamo un ērti lietojamo sistēmu varētu izmantot klīniskos centros ar zemiem resursiem, kas varētu palīdzēt samazināt veselības atšķirības.

"Tādas sistēmas kā šī varētu izmantot nākotnē, lai uzlabotu ķirurģiskos rezultātus pacientiem, kuriem tiek veikta audzēja noņemšana," sacīja O'Braiens. "Tas arī novērstu nepieciešamību gaidīt patoloģijas rezultātus, pirms tiek apstiprināts, vai vēža šūnas joprojām atrodas pēc audzēja noņemšanas."

Vēža spīduma padarīšana

Pētījumi liecina, ka vēža ķirurģiskā ārstēšana parasti ir visveiksmīgākā, ja ķirurgi noņem ne tikai audzēju, bet arī veselu audu slāni, kas to pilnībā ieskauj. Tomēr tas var būt grūti, jo ir grūti noteikt robežas starp audzēja beigām un veselīgu audu sākumu. Turklāt veselīgā slāņa optimālais biezums ir atkarīgs no audzēja veida un atrašanās vietas.

Lai atbalstītu šo uzdevumu, Achilefu Lab pētniecības grupa O'Braiena vadībā izstrādāja jaunu rīku, kura pamatā ir vienas fluorescējošas krāsas pielietošana audzēja rezekcijas laikā, ko pēc tam var ierosināt ar diviem dažādiem NIR viļņu garumiem, kas iekļūst audos dažādos dziļumos. Izstarotā NIR fluorescence var tikt attēlota caur audiem, ļaujot atklāt vēža šūnas 1 līdz 2 centimetrus zem virsmas.

Divu viļņu garuma ierosmes fluorescence izmanto to, ka dažādas krāsas vai gaismas viļņu garumi audos pārvietojas dažādos attālumos. Apgaismojot uz audzēju vērstas fluorescējošas molekulas ar dažādu gaismas viļņu garumu un salīdzinot to reakcijas, ir iespējams paredzēt, cik dziļi audos atrodas uz audzēju vērstie aģenti.

"Vairākas pētniecības grupas ir veicinājušas matemātisko attiecību attīstību, kas saista fluorofora dziļumu ar ratiometriskiem fluorescences mērījumiem," sacīja O'Braiens. "Tuvo infrasarkano staru kontrastvielu pieaugošā attīstība medicīnā mudināja mūs balstīties uz iepriekšējo darbu un izstrādāt sistēmu, kas darbojas tuvu infrasarkano staru diapazonā un ir arī lēta un viegli lietojama."

Sistēmas veidošana ar diviem viļņu garumiem

Jaunajā fluorescences attēlveidošanas sistēmā tiek izmantotas 730 nm un 780 nm gaismas diodes, lai nodrošinātu divu ierosmes gaismas viļņu garumu, un vienkrāsainu CMOS kameru, lai tvertu iegūto fluorescenci. Tika iekļauta arī 850 nm gaismas diode, lai radītu spilgtu lauka attēlu, ļaujot korelēt fluorescences attēlus ar reālo audu skatu. Pētnieki izvēlējās izmantot eksperimentālu līdzekli, kas izstrādāts Achilefu laboratorijā ar nosaukumu LS301, ko var ievadīt audzēja rezekcijas laikā, kā uz vēzi vērstu infrasarkano staru zondi, jo tā plašais ierosmes spektrs novērš nepieciešamību izmantot vairāk nekā vienu fluoroforu, kas citādi būtu padarījis klīnisko pielietojumu sarežģītāku. Pašlaik LS301 tiek testēts klīniskajos pētījumos ar krūts vēža slimniekiem.

Pēc sistēmas testēšanas uz slāņveida sintētiskiem materiāliem un vistas šķēlītēm pētnieki novērtēja tās spēju paredzēt audzēja dziļumu, izmantojot pelēm audzētus piena dziedzeru audzējus. Tas tika izdarīts, injicējot pelēm LS301 un pēc tam attēlveidojot tās ar sistēmu. Nepieciešamo attēlu uzņemšana aizņēma 5 minūtes. Aprēķini, kas balstīti uz šiem attēliem, labi korelēja ar faktisko audzēja dziļumu un uzrādīja vidējo kļūdu tikai 0, 34 mm, kas, iespējams, ir pieņemama klīniskai lietošanai.

Pētnieki tagad strādā, lai padarītu sistēmu vēl noderīgāku ķirurģiskai vadībai, paātrinot datu apstrādi un pievienojot sistēmai papildu automatizāciju, lai tā varētu skenēt visu audu virsmu.

Avots:

optika

Atsauce:

O'Braiens, CM u.c. (2022) Kvantitatīvā audzēja dziļuma noteikšana, izmantojot divu viļņu garuma ierosmes fluorescenci. Biomedicīnas optikas ekspresis. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.