Billig bildesystem bruker fluorescerende molekyler for å bestemme dybden av tumorceller

Billig bildesystem bruker fluorescerende molekyler for å bestemme dybden av tumorceller

Forskere har utviklet et rimelig, enkelt bildesystem som bruker tumormålrettede fluorescerende molekyler for å bestemme dybden av tumorceller i kroppen. Det bærbare systemet kan til slutt hjelpe kirurger til å skille mer nøyaktig mellom sunt og kreftvev når de fjerner en svulst.

Leger kan bruke fluorescerende molekyler under tumorreseksjon for å få kreftceller til å gløde, slik at kirurgen kan se om kreftvev fortsatt er tilstede. Utstyret som kreves for denne teknikken er imidlertid ikke allment tilgjengelig og gir vanligvis ikke kvantitativ informasjon om hvor dypt kreftcellene er i vevet. Tilgang til dyp informasjon vil hjelpe kirurger med å fjerne et komplett lag med sunt vev rundt svulsten, som har vist seg å gi best mulig resultater for pasientene.

De få kommersielle systemene som gir kvantitativ dybdeinformasjon er store og dyre, og begrenser bruken utenfor store medisinske sentre. Vår gruppe bygde på tidligere arbeid på dette området for å utvikle et rimelig, enkelt system som raskt kan bestemme dybden av tumorceller ved å bruke nær-infrarøde (NIR) fluorescerende prober.»

Christine M. O’Brien fra Samuel Achilefu Laboratory ved Washington University School of Medicine i St. Louis, leder for forskerteamet

Forskerne beskriver deres nye system i Optica Publishing Group-tidsskriftet Biomedical Optics Express. Det bærbare og brukervennlige systemet kan brukes i kliniske sentre med lite ressurser, noe som kan bidra til å minimere helseforskjeller.

"Systemer som dette kan brukes i fremtiden for å forbedre kirurgiske resultater for pasienter som gjennomgår tumorfjerning," sa O'Brien. "Det ville også eliminere behovet for å vente på patologiske resultater før du bekrefter om kreftceller fortsatt er tilstede etter svulstfjerning."

Får kreft til å skinne

Forskning har vist at kirurgiske behandlinger for kreft vanligvis er mest vellykkede når kirurger fjerner ikke bare svulsten, men også et sunt lag med vev som helt omgir den. Dette kan imidlertid være vanskelig fordi det er vanskelig å bestemme grensene mellom slutten av svulsten og begynnelsen av friskt vev. I tillegg avhenger den optimale tykkelsen på det friske laget av typen og plasseringen av svulsten.

For å støtte denne oppgaven utviklet Achilefu Lab-forskningsteamet ledet av O'Brien et nytt verktøy basert på påføring av et enkelt fluorescerende fargestoff under tumorreseksjon, som deretter kan eksiteres av to forskjellige NIR-bølgelengder som trenger inn i forskjellige dybder i vevet. Den utsendte NIR-fluorescensen kan avbildes gjennom vev, og tillater deteksjon av kreftceller 1 til 2 centimeter under overflaten.

Eksitasjonsfluorescens med dobbel bølgelengde drar fordel av det faktum at forskjellige farger eller bølgelengder av lys reiser forskjellige avstander i vevet. Ved å belyse tumormålrettede fluorescerende molekyler med forskjellige bølgelengder av lys og sammenligne reaksjonene deres, er det mulig å forutsi hvor dypt de tumormålrettede midlene befinner seg i vevet.

"Flere forskningsgrupper har bidratt til utviklingen av matematiske forhold som knytter fluorofordybde til forholdsmetriske fluorescensmålinger," sa O'Brien. "Den økende utviklingen av nær-infrarøde kontrastmidler for bruk i medisin oppmuntret oss til å bygge videre på tidligere arbeid og utvikle et system som fungerer i nær-infrarødt område og som også er billig og enkelt å bruke."

Bygge et system med to bølgelengder

Det nye fluorescensbildesystemet bruker 730 nm og 780 nm LED for å gi de to bølgelengdene av eksitasjonslys og et monokromt CMOS-kamera for å fange den resulterende fluorescensen. En 850 nm LED ble også integrert for å generere et lyst feltbilde, noe som muliggjør korrelasjon av fluorescensbildene med det virkelige synet av vevet. Forskerne valgte å bruke et eksperimentelt middel utviklet i Achilefu-laboratoriet kalt LS301, som kan administreres under tumorreseksjon, som en kreftmålrettet infrarød sonde fordi det brede eksitasjonsspekteret eliminerer behovet for å bruke mer enn én fluorofor, som ellers ville ha gjort den kliniske applikasjonen mer kompleks. LS301 blir for tiden testet i kliniske studier på brystkreftpasienter.

Etter å ha testet systemet på lagdelte syntetiske materialer og kyllingskiver, vurderte forskerne dets evne til å forutsi dybden av en svulst ved å bruke brystsvulster dyrket i mus. Dette ble gjort ved å injisere musene med LS301 og deretter avbilde dem med systemet. Å ta de nødvendige bildene tok 5 minutter. Beregningene basert på disse bildene korrelerte godt med svulstens faktiske dybde og viste en gjennomsnittlig feil på kun 0,34 mm, noe som sannsynligvis er akseptabelt for klinisk bruk.

Forskerne jobber nå med å gjøre systemet enda mer nyttig for kirurgisk veiledning ved å fremskynde databehandlingen og legge til ytterligere automatisering i systemet slik at det kan skanne hele vevsoverflaten.

Kilde:

optikk

Referanse:

O'Brien, CM, et al. (2022) Kvantitativ tumordybdebestemmelse ved bruk av eksitasjonsfluorescens med dobbel bølgelengde. Biomedisinsk Optikk Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.