Sistema de imagem de baixo custo usa moléculas fluorescentes para determinar a profundidade das células tumorais

Sistema de imagem de baixo custo usa moléculas fluorescentes para determinar a profundidade das células tumorais

Os pesquisadores desenvolveram um sistema de imagem simples e de baixo custo que usa moléculas fluorescentes direcionadas ao tumor para determinar a profundidade das células tumorais no corpo. O sistema portátil poderia eventualmente ajudar os cirurgiões a distinguir com mais precisão entre tecido saudável e canceroso ao remover um tumor.

Os médicos podem usar moléculas fluorescentes durante a ressecção do tumor para fazer as células cancerosas brilharem, permitindo ao cirurgião ver se o tecido canceroso ainda está presente. No entanto, o equipamento necessário para esta técnica não está amplamente disponível e normalmente não fornece informações quantitativas sobre a profundidade das células cancerígenas no tecido. O acesso a informações profundas ajudaria os cirurgiões a remover uma camada completa de tecido saudável ao redor do tumor, o que comprovadamente fornece os melhores resultados possíveis para os pacientes.

Os poucos sistemas comerciais que fornecem informações quantitativas profundas são grandes e caros, limitando o uso fora dos grandes centros médicos. Nosso grupo baseou-se em trabalhos anteriores nesta área para desenvolver um sistema simples e de baixo custo que pode determinar rapidamente a profundidade das células tumorais usando sondas fluorescentes no infravermelho próximo (NIR).

Christine M. O’Brien, do Laboratório Samuel Achilefu da Escola de Medicina da Universidade de Washington, em St. Louis, líder da equipe de pesquisa

Os pesquisadores descrevem seu novo sistema na revista Biomedical Optics Express do Optica Publishing Group. O sistema portátil e fácil de usar poderia ser usado em centros clínicos com poucos recursos, o que poderia ajudar a minimizar as disparidades de saúde.

“Sistemas como este poderiam ser usados ​​no futuro para melhorar os resultados cirúrgicos para pacientes submetidos à remoção de tumores”, disse O’Brien. “Também eliminaria a necessidade de esperar pelos resultados da patologia antes de confirmar se as células cancerígenas ainda estão presentes após a remoção do tumor”.

Fazendo o câncer brilhar

A pesquisa mostrou que os tratamentos cirúrgicos para o câncer geralmente são mais bem-sucedidos quando os cirurgiões removem não apenas o tumor, mas também uma camada saudável de tecido que o envolve completamente. No entanto, isto pode ser difícil porque é difícil determinar os limites entre o final do tumor e o início do tecido saudável. Além disso, a espessura ideal da camada saudável depende do tipo e localização do tumor.

Para apoiar esta tarefa, a equipa de investigação do Laboratório Achilefu liderada por O'Brien desenvolveu uma nova ferramenta baseada na aplicação de um único corante fluorescente durante a ressecção do tumor, que pode então ser excitado por dois comprimentos de onda NIR diferentes que penetram em diferentes profundidades no tecido. A fluorescência NIR emitida pode ser visualizada através do tecido, permitindo a detecção de células cancerígenas 1 a 2 centímetros abaixo da superfície.

A fluorescência de excitação de comprimento de onda duplo aproveita o fato de que diferentes cores ou comprimentos de onda de luz percorrem distâncias diferentes dentro do tecido. Ao iluminar moléculas fluorescentes direcionadas ao tumor com diferentes comprimentos de onda de luz e comparar suas reações, é possível prever a profundidade da localização dos agentes direcionados ao tumor no tecido.

“Vários grupos de pesquisa contribuíram para o desenvolvimento de relações matemáticas que ligam a profundidade do fluoróforo às medições de fluorescência raciométrica”, disse O’Brien. “O crescente desenvolvimento de agentes de contraste no infravermelho próximo para uso na medicina nos encorajou a desenvolver trabalhos anteriores e desenvolver um sistema que funcione na faixa do infravermelho próximo e que também seja barato e fácil de usar.”

Construindo um sistema com dois comprimentos de onda

O novo sistema de imagem de fluorescência usa LEDs de 730 nm e 780 nm para fornecer os dois comprimentos de onda de luz de excitação e uma câmera CMOS monocromática para capturar a fluorescência resultante. Um LED de 850 nm também foi incorporado para gerar uma imagem de campo claro, permitindo a correlação das imagens de fluorescência com a visão real do tecido. Os pesquisadores optaram por usar um agente experimental desenvolvido no laboratório Achilefu chamado LS301, que pode ser administrado durante a ressecção do tumor, como sonda infravermelha direcionada ao câncer porque seu amplo espectro de excitação elimina a necessidade de usar mais de um fluoróforo, o que de outra forma teria tornado a aplicação clínica mais complexa. O LS301 está atualmente sendo testado em ensaios clínicos em pacientes com câncer de mama.

Depois de testar o sistema em camadas de materiais sintéticos e fatias de frango, os pesquisadores avaliaram sua capacidade de prever a profundidade de um tumor usando tumores mamários cultivados em camundongos. Isso foi feito injetando LS301 nos ratos e, em seguida, criando imagens deles com o sistema. A captura das imagens necessárias levou 5 minutos. Os cálculos baseados nessas imagens correlacionaram-se bem com a profundidade real do tumor e mostraram um erro médio de apenas 0,34 mm, o que é provavelmente aceitável para uso clínico.

Os pesquisadores estão agora trabalhando para tornar o sistema ainda mais útil para orientação cirúrgica, acelerando o processamento de dados e adicionando automação adicional ao sistema para que ele possa digitalizar toda a superfície do tecido.

Fonte:

óptica

Referência:

O'Brien, CM, et al. (2022) Determinação quantitativa da profundidade do tumor usando fluorescência de excitação de comprimento de onda duplo. Óptica Biomédica Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

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