Ten niedrogi system obrazowania wykorzystuje cząsteczki fluorescencyjne do określenia głębokości komórek rakowych

Naukowcy opracowali prosty, tani system obrazowania, który wykorzystuje cząsteczki fluorescencyjne skierowane na nowotwór, aby określić głębokość komórek rakowych w organizmie. Przenośny system może ostatecznie pomóc chirurgom z większą dokładnością odróżniać tkankę zdrową od nowotworowej podczas usuwania guza.

Lekarze mogą użyć cząstek fluorescencyjnych podczas lumpektomii, aby rozświetlić komórki rakowe, aby chirurg mógł zobaczyć, czy pozostała jakaś tkanka rakowa. Jednak sprzęt potrzebny do tej techniki nie jest powszechnie dostępny i zwykle nie dostarcza informacji ilościowych na temat głębokości komórek nowotworowych w tkankach. Dostęp do szczegółowych informacji pomoże chirurgom usunąć całą zdrową warstwę tkanki wokół guza, co, jak wykazano, zapewnia pacjentom najlepsze możliwe wyniki.

Nieliczne komercyjne systemy, które dostarczają ilościowych informacji o głębokości, są duże i drogie, co ogranicza ich zastosowanie poza dużymi ośrodkami medycznymi. Nasza grupa oparła się na wcześniejszych pracach w tej dziedzinie, aby opracować prosty, tani system, który może szybko określić głębokość komórek rakowych za pomocą czujników bliskiej podczerwieni (NIR). „

Kristin M. O’Brien z Samuel Achilevo Laboratory w Washington University School of Medicine w St. Louis, główny zespół badawczy

Naukowcy opisują swój nowy system w czasopiśmie Optica Publishing Group Ekspresowa optyka biomedyczna. Przenośny i łatwy w użyciu system może być używany w ośrodkach klinicznych z niedofinansowanymi zasobami, co może pomóc w zmniejszeniu dysproporcji zdrowotnych.

„Systemy takie jak ten mogą zostać wykorzystane w przyszłości do poprawy wyników chirurgicznych u pacjentów poddawanych lumpektomii” – powiedział O’Brien. Zapobiegnie również konieczności oczekiwania na wyniki patologii przed potwierdzeniem, czy komórki rakowe są nadal obecne po usunięciu guza.

zapala się rak

Badania wykazały, że chirurgiczne leczenie raka jest bardziej skuteczne, jeśli chirurdzy nie tylko usuną guz, ale także całkowicie usuną zdrową warstwę otaczającej tkanki. Jednak może to być trudne, ponieważ trudno jest określić marginesy między miejscem zakończenia guza a początkiem zdrowej tkanki. Ponadto optymalna grubość zdrowej warstwy zależy od rodzaju i lokalizacji guza.

Aby pomóc w tym zadaniu, zespół badawczy Achilefu Lab kierowany przez O’Briena opracował nowe narzędzie, które opiera się na zastosowaniu pojedynczego barwnika fluorescencyjnego podczas resekcji guza, który może następnie wzbudzić dwie różne długości fal NIR, które penetrują różne głębokości w tkance . Emitowana fluorescencja NIR może być obrazowana przez tkankę, co pozwala na wykrycie komórek nowotworowych 1 do 2 cm pod powierzchnią.

Fluorescencja o podwójnej długości fali wykorzystuje fakt, że różne kolory lub długości fal światła będą przemieszczać się na różne odległości w tkance. Oświetlając cząsteczki fluorescencyjne o różnej długości fali i porównując ich odpowiedzi, można przewidzieć, jak głęboko w tkankach znajdują się czynniki ukierunkowane na nowotwór.

„Wiele grup badawczych przyczyniło się do rozwoju zależności matematycznych łączących głębokość fluoroforu ze względnymi pomiarami fluorescencji” – powiedział O’Brien. „Pośpiech w opracowywaniu środków kontrastowych w bliskiej podczerwieni do użytku w medycynie zachęcił nas do wykorzystania wcześniejszych prac i stworzenia systemu, który działa w bliskiej podczerwieni, który jest również tani i łatwy w użyciu”.

Zbuduj system o podwójnej długości fali

Nowy system obrazowania fluorescencyjnego wykorzystuje diody LED 730 nm i 780 nm, które zapewniają dwie długości fali światła wzbudzającego, oraz monochromatyczną kamerę CMOS do wykrywania powstałej fluorescencji. Zastosowano również diodę LED 850 nm, aby stworzyć jasny obraz, który umożliwia powiązanie obrazów fluorescencyjnych z rzeczywistym widokiem tkanki. Badacze zdecydowali się na zastosowanie eksperymentalnego środka o nazwie LS301, który można podać podczas lumpektomii, opracowanego w laboratorium Achilefu, jako sondy na podczerwień nakierowanej na raka, ponieważ jego szerokie spektrum wzbudzenia uniemożliwia użycie więcej niż jednego fluoroforu, co sprawiłoby, że aplikacja bardziej skomplikowana. LS301 jest obecnie w trakcie badań klinicznych u pacjentów z rakiem piersi.

Po przetestowaniu systemu na materiałach syntetycznych ułożonych warstwowo i krojonych z kurczaka, naukowcy ocenili jego zdolność do przewidywania głębokości guza na podstawie guzów piersi hodowanych u myszy. Dokonano tego poprzez wstrzyknięcie myszom LS301, a następnie obrazowanie ich za pomocą systemu. Wykonanie niezbędnych zdjęć zajęło 5 minut. Obliczenia oparte na tych obrazach dobrze korelowały z rzeczywistą głębokością guza, wykazując średni błąd wynoszący zaledwie 0,34 mm, co jest prawdopodobnie akceptowalne w praktyce klinicznej.

Naukowcy pracują obecnie nad uczynieniem systemu bardziej użytecznym do prowadzenia chirurgii poprzez przyspieszenie przetwarzania danych i dodanie dodatkowej automatyzacji do systemu, aby mógł skanować całą powierzchnię tkanki.