Nizkocenovni slikovni sistem uporablja fluorescentne molekule za določanje globine tumorskih celic

Nizkocenovni slikovni sistem uporablja fluorescentne molekule za določanje globine tumorskih celic

Raziskovalci so razvili poceni in preprost sistem za slikanje, ki uporablja fluorescenčne molekule, usmerjene v tumor, za določanje globine tumorskih celic v telesu. Prenosni sistem bi lahko sčasoma pomagal kirurgom natančneje razlikovati med zdravim in rakastim tkivom pri odstranjevanju tumorja.

Zdravniki lahko med resekcijo tumorja uporabijo fluorescenčne molekule, da rakave celice zažarijo, kar kirurgu omogoči, da vidi, ali je rakavo tkivo še prisotno. Vendar oprema, ki je potrebna za to tehniko, ni široko dostopna in običajno ne zagotavlja kvantitativnih informacij o tem, kako globoko so rakave celice v tkivu. Dostop do globokih informacij bi kirurgom pomagal odstraniti celotno plast zdravega tkiva okoli tumorja, kar dokazano zagotavlja najboljše možne rezultate za bolnike.

Nekaj ​​komercialnih sistemov, ki zagotavljajo kvantitativne globinske informacije, je velikih in dragih, kar omejuje uporabo zunaj velikih zdravstvenih centrov. Naša skupina je gradila na prejšnjem delu na tem področju, da bi razvila poceni in preprost sistem, ki lahko hitro določi globino tumorskih celic z uporabo skoraj infrardečih (NIR) fluorescentnih sond."

Christine M. O’Brien iz Laboratorija Samuel Achilefu na Medicinski fakulteti Univerze Washington v St. Louisu, vodja raziskovalne skupine

Raziskovalci opisujejo svoj novi sistem v reviji Optica Publishing Group Biomedical Optics Express. Prenosni sistem, ki je enostaven za uporabo, bi se lahko uporabljal v kliničnih centrih z malo sredstev, kar bi lahko pomagalo zmanjšati zdravstvene razlike.

"Sisteme, kot je ta, bi lahko v prihodnosti uporabili za izboljšanje kirurških izidov pri bolnikih, pri katerih poteka odstranitev tumorja," je dejal O'Brien. "To bi tudi odpravilo potrebo po čakanju na rezultate patologije, preden bi potrdili, ali so rakave celice še vedno prisotne po odstranitvi tumorja."

Naj rak zasije

Raziskave so pokazale, da je kirurško zdravljenje raka običajno najuspešnejše, ko kirurgi odstranijo ne le tumor, ampak tudi zdravo plast tkiva, ki ga v celoti obdaja. Vendar je to lahko težavno, ker je težko določiti meje med koncem tumorja in začetkom zdravega tkiva. Poleg tega je optimalna debelina zdrave plasti odvisna od vrste in lokacije tumorja.

Da bi podprli to nalogo, je raziskovalna skupina Achilefu Lab, ki jo vodi O'Brien, razvila novo orodje, ki temelji na uporabi enega samega fluorescentnega barvila med resekcijo tumorja, ki ga lahko nato vzbudita dve različni NIR valovni dolžini, ki prodreta različno globoko v tkivo. Oddano NIR fluorescenco je mogoče prikazati skozi tkivo, kar omogoča odkrivanje rakavih celic 1 do 2 centimetra pod površino.

Vzbujevalna fluorescenca z dvojno valovno dolžino izkorišča dejstvo, da različne barve ali valovne dolžine svetlobe prepotujejo različne razdalje znotraj tkiva. Z osvetlitvijo fluorescenčnih molekul, ki ciljajo na tumor, z različnimi valovnimi dolžinami svetlobe in primerjavo njihovih reakcij je mogoče predvideti, kako globoko se agenti, ki ciljajo na tumor, nahajajo v tkivu.

"Več raziskovalnih skupin je prispevalo k razvoju matematičnih razmerij, ki povezujejo globino fluoroforja z meritvami razmerne fluorescence," je dejal O'Brien. »Naraščajoči razvoj kontrastnih sredstev v bližnjem infrardečem območju za uporabo v medicini nas je spodbudil, da gradimo na prejšnjem delu in razvijemo sistem, ki deluje v bližnjem infrardečem območju ter je poleg tega poceni in enostaven za uporabo.«

Gradimo sistem z dvema valovnoma dolžinama

Novi sistem za fluorescenčno slikanje uporablja LED diode 730 nm in 780 nm za zagotavljanje dveh valovnih dolžin vzbujalne svetlobe in enobarvno kamero CMOS za zajemanje nastale fluorescence. Vgrajena je bila tudi 850 nm LED dioda za ustvarjanje slike svetlega polja, ki omogoča korelacijo fluorescenčnih slik z dejanskim pogledom na tkivo. Raziskovalci so se odločili za uporabo eksperimentalnega sredstva, razvitega v laboratoriju Achilefu, imenovanega LS301, ki ga je mogoče uporabiti med resekcijo tumorja, kot infrardečo sondo, ki cilja na raka, ker njegov širok spekter vzbujanja odpravlja potrebo po uporabi več kot enega fluoroforja, ki bi sicer naredil klinično uporabo bolj zapleteno. LS301 trenutno testirajo v kliničnih preskušanjih na bolnicah z rakom dojke.

Po testiranju sistema na večplastnih sintetičnih materialih in piščančjih rezinah so raziskovalci ocenili njegovo sposobnost napovedovanja globine tumorja z uporabo tumorjev dojke, gojenih pri miših. To je bilo narejeno tako, da so miši vbrizgali LS301 in jih nato slikali s sistemom. Zajem potrebnih slik je trajal 5 minut. Izračuni na podlagi teh slik so dobro korelirali z dejansko globino tumorja in so pokazali povprečno napako le 0,34 mm, kar je verjetno sprejemljivo za klinično uporabo.

Raziskovalci zdaj delajo na tem, da bi sistem naredili še bolj uporabnega za kirurško vodenje s pospešitvijo obdelave podatkov in dodajanjem dodatne avtomatizacije sistemu, tako da lahko skenira celotno površino tkiva.

Vir:

optika

Referenca:

O'Brien, CM, et al. (2022) Kvantitativno določanje globine tumorja z uporabo vzbujalne fluorescence z dvojno valovno dolžino. Biomedicinska optika Express. doi.org/10.1364/BOE.468059.

.