低成本成像系统利用荧光分子确定肿瘤细胞的深度

低成本成像系统利用荧光分子确定肿瘤细胞的深度

研究人员开发了一种低成本、简单的成像系统，利用肿瘤靶向荧光分子来确定体内肿瘤细胞的深度。 该便携式系统最终可以帮助外科医生在切除肿瘤时更准确地区分健康组织和癌组织。

医生可以在肿瘤切除过程中使用荧光分子使癌细胞发光，从而使外科医生能够看到癌症组织是否仍然存在。 然而，该技术所需的设备并未广泛使用，并且通常无法提供有关癌细胞在组织中有多深的定量信息。 获取深层信息将有助于外科医生去除肿瘤周围完整的健康组织层，这已被证明可以为患者提供最佳的结果。

提供定量深度信息的少数商业系统体积庞大且昂贵，限制了大型医疗中心之外的使用。 我们的团队在该领域之前的工作基础上开发了一种低成本、简单的系统，可以使用近红外（NIR）荧光探针快速确定肿瘤细胞的深度。”

圣路易斯华盛顿大学医学院 Samuel Achilefu 实验室的 Christine M. O’Brien，研究小组组长

研究人员在 Optica 出版集团期刊《生物医学光学快报》上描述了他们的新系统。 这种便携式且易于使用的系统可用于资源匮乏的临床中心，这有助于最大限度地减少健康差异。

奥布莱恩说：“像这样的系统将来可以用来改善接受肿瘤切除的患者的手术结果。” “这也将消除在确认肿瘤切除后癌细胞是否仍然存在之前等待病理结果的需要。”

让癌症闪耀

研究表明，当外科医生不仅切除肿瘤而且还切除完全包围肿瘤的健康组织层时，癌症的手术治疗通常是最成功的。 然而，这可能很困难，因为很难确定肿瘤末端和健康组织起点之间的界限。 此外，健康层的最佳厚度取决于肿瘤的类型和位置。

为了支持这项任务，由 O’Brien 领导的 Achilefu 实验室研究团队开发了一种基于在肿瘤切除过程中应用单一荧光染料的新工具，然后可以通过穿透组织不同深度的两种不同的近红外波长来激发该工具。 发射的近红外荧光可以透过组织成像，从而可以检测到表面以下 1 至 2 厘米的癌细胞。

双波长激发荧光利用了不同颜色或波长的光在组织内传播不同距离的事实。 通过用不同波长的光照射肿瘤靶向荧光分子并比较它们的反应，可以预测肿瘤靶向药物在组织中的定位深度。

“几个研究小组为将荧光团深度与比率荧光测量联系起来的数学关系的发展做出了贡献，”奥布莱恩说。 “用于医学的近红外造影剂的不断发展鼓励我们在以前的工作基础上开发出一种在近红外范围内工作且价格便宜且易于使用的系统。”

构建具有两个波长的系统

新的荧光成像系统使用 730 nm 和 780 nm LED 提供两种波长的激发光，并使用单色 CMOS 相机捕获产生的荧光。 还集成了 850 nm LED 以生成明场图像，从而将荧光图像与组织的真实视图相关联。 研究人员选择使用 Achilefu 实验室开发的一种名为 LS301 的实验剂作为癌症靶向红外探针，该试剂可在肿瘤切除过程中施用，因为其宽激发光谱消除了使用多个荧光团的需要，否则会使临床应用更加复杂。 LS301目前正在乳腺癌患者身上进行临床试验。

在分层合成材料和鸡肉片上测试该系统后，研究人员评估了其利用小鼠体内生长的乳腺肿瘤预测肿瘤深度的能力。 这是通过给小鼠注射 LS301，然后用系统对它们进行成像来完成的。 拍摄必要的图像需要 5 分钟。 基于这些图像的计算与肿瘤的实际深度相关性很好，平均误差仅为0.34毫米，这对于临床使用来说可能是可以接受的。

研究人员现在正在努力通过加快数据处理速度并为系统添加额外的自动化功能，使其能够扫描整个组织表面，从而使该系统对于手术指导更加有用。

来源：

光学

参考：

奥布莱恩，CM，等。 (2022) 使用双波长激发荧光定量肿瘤深度测定。 生物医学光学快车。 doi.org/10.1364/BOE.468059 。

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