Sistemul de imagistică low-cost folosește molecule fluorescente pentru a determina adâncimea celulelor tumorale

Sistemul de imagistică low-cost folosește molecule fluorescente pentru a determina adâncimea celulelor tumorale

Cercetătorii au dezvoltat un sistem de imagistică simplu, cu costuri reduse, care utilizează molecule fluorescente vizate de tumori pentru a determina adâncimea celulelor tumorale din organism. Sistemul portabil ar putea ajuta, în cele din urmă, chirurgii să facă distincția mai precisă între țesutul sănătos și cel canceros atunci când îndepărtează o tumoare.

Medicii pot folosi molecule fluorescente în timpul rezecției tumorii pentru a face celulele canceroase să strălucească, permițând chirurgului să vadă dacă țesutul canceros este încă prezent. Cu toate acestea, echipamentul necesar pentru această tehnică nu este disponibil pe scară largă și, de obicei, nu oferă informații cantitative despre cât de adânc sunt celulele canceroase în țesut. Accesul la informații profunde ar ajuta chirurgii să elimine un strat complet de țesut sănătos din jurul tumorii, care s-a dovedit că oferă cele mai bune rezultate posibile pentru pacienți.

Puținele sisteme comerciale care oferă informații cantitative de profunzime sunt mari și costisitoare, limitând utilizarea în afara centrelor medicale mari. Grupul nostru s-a bazat pe lucrările anterioare din acest domeniu pentru a dezvolta un sistem simplu, cu costuri reduse, care poate determina rapid adâncimea celulelor tumorale folosind sonde fluorescente în infraroșu apropiat (NIR).

Christine M. O’Brien de la Laboratorul Samuel Achilefu de la Școala de Medicină a Universității Washington din St. Louis, liderul echipei de cercetare

Cercetatorii descriu noul lor sistem in revista Optica Publishing Group Biomedical Optics Express. Sistemul portabil și ușor de utilizat ar putea fi utilizat în centrele clinice cu resurse reduse, ceea ce ar putea contribui la minimizarea disparităților de sănătate.

„Sisteme ca acesta ar putea fi folosite în viitor pentru a îmbunătăți rezultatele chirurgicale pentru pacienții supuși extirparei tumorii”, a spus O’Brien. „De asemenea, ar elimina necesitatea de a aștepta rezultatele patologiei înainte de a confirma dacă celulele canceroase sunt încă prezente după îndepărtarea tumorii.”

Făcând cancerul să strălucească

Cercetările au arătat că tratamentele chirurgicale pentru cancer au de obicei cel mai mare succes atunci când chirurgii îndepărtează nu numai tumora, ci și un strat sănătos de țesut care o înconjoară complet. Cu toate acestea, acest lucru poate fi dificil, deoarece este dificil să se determine limitele dintre sfârșitul tumorii și începutul țesutului sănătos. În plus, grosimea optimă a stratului sănătos depinde de tipul și localizarea tumorii.

Pentru a sprijini această sarcină, echipa de cercetare Achilefu Lab condusă de O’Brien a dezvoltat un nou instrument bazat pe aplicarea unui singur colorant fluorescent în timpul rezecției tumorii, care poate fi apoi excitat de două lungimi de undă diferite NIR care pătrund la diferite adâncimi în țesut. Fluorescența NIR emisă poate fi vizualizată prin țesut, permițând detectarea celulelor canceroase la 1 până la 2 centimetri sub suprafață.

Fluorescența cu excitație cu lungime de undă dublă profită de faptul că diferite culori sau lungimi de undă ale luminii parcurg distanțe diferite în interiorul țesutului. Prin iluminarea moleculelor fluorescente care vizează tumora cu lungimi de undă diferite de lumină și comparând reacțiile acestora, este posibil să se prezică cât de adânc sunt localizați agenții care vizează tumora în țesut.

„Mai multe grupuri de cercetare au contribuit la dezvoltarea relațiilor matematice care leagă adâncimea fluoroforului de măsurătorile raționale ale fluorescenței”, a spus O’Brien. „Dezvoltarea tot mai mare a agenților de contrast în infraroșu apropiat pentru utilizare în medicină ne-a încurajat să ne bazăm pe lucrările anterioare și să dezvoltăm un sistem care funcționează în intervalul infraroșu apropiat și este, de asemenea, ieftin și ușor de utilizat.”

Construirea unui sistem cu două lungimi de undă

Noul sistem de imagistică prin fluorescență utilizează LED-uri de 730 nm și 780 nm pentru a furniza cele două lungimi de undă de lumină de excitare și o cameră CMOS monocromă pentru a capta fluorescența rezultată. Un LED de 850 nm a fost de asemenea încorporat pentru a genera o imagine de câmp luminos, permițând corelarea imaginilor de fluorescență cu vederea reală a țesutului. Cercetătorii au ales să folosească un agent experimental dezvoltat în laboratorul Achilefu numit LS301, care poate fi administrat în timpul rezecției tumorii, ca sondă în infraroșu care vizează cancerul, deoarece spectrul său larg de excitație elimină necesitatea de a folosi mai mult de un fluorofor, ceea ce altfel ar fi făcut aplicația clinică mai complexă. LS301 este în prezent testat în studii clinice pe paciente cu cancer de sân.

După ce au testat sistemul pe materiale sintetice stratificate și felii de pui, cercetătorii au evaluat capacitatea acestuia de a prezice adâncimea unei tumori folosind tumori mamare crescute la șoareci. Acest lucru s-a realizat prin injectarea șoarecilor cu LS301 și apoi imagistica lor cu sistemul. Capturarea imaginilor necesare a durat 5 minute. Calculele bazate pe aceste imagini au corelat bine cu adâncimea reală a tumorii și au arătat o eroare medie de numai 0,34 mm, ceea ce este probabil acceptabil pentru uz clinic.

Cercetătorii lucrează acum pentru a face sistemul și mai util pentru ghidarea chirurgicală, accelerând procesarea datelor și adăugând automatizări suplimentare sistemului, astfel încât acesta să poată scana întreaga suprafață a țesutului.

Sursă:

optica

Referinţă:

O'Brien, CM, şi colab. (2022) Determinarea cantitativă a adâncimii tumorii folosind fluorescența de excitație cu lungime de undă dublă. Optica Biomedicala Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.