Исследователи разработали недорогую и простую систему визуализации, которая использует флуоресцентные молекулы, нацеленные на опухоль, для определения глубины опухолевых клеток в организме. Портативная система может в конечном итоге помочь хирургам с большей точностью различать здоровые и раковые ткани при удалении опухоли.

Врачи могут использовать флуоресцентные молекулы во время резекции опухоли, чтобы заставить раковые клетки светиться, чтобы хирург мог увидеть, осталась ли какая-либо раковая ткань. Однако оборудование, необходимое для этого метода, не является общедоступным и, как правило, не дает количественной информации о том, насколько глубоко в ткани находятся раковые клетки. Наличие доступа к информации о глубине помогло бы хирургам полностью удалить слой здоровой ткани вокруг опухоли, что, как было показано, обеспечивает наилучшие возможные результаты для пациентов.

Несколько коммерческих систем, которые предоставляют количественную информацию о глубине, большие и дорогие, что ограничивает их использование за пределами крупных медицинских центров. Наша группа опиралась на предыдущую работу в этой области, чтобы разработать недорогую простую систему, которая может быстро определять глубину опухолевых клеток с помощью флуоресцентных зондов ближнего инфракрасного (БИК) диапазона».

Кристин М. О’Брайен из лаборатории Сэмюэля Ачилефу Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, руководитель исследовательской группы

Исследователи описывают свою новую систему в журнале Optica Publishing Group Biomedical Optics Express . Портативная и простая в использовании система может использоваться в клинических центрах с ограниченными ресурсами, что поможет свести к минимуму неравенство в состоянии здоровья.

«Подобные системы могут быть использованы в будущем для улучшения хирургических результатов у пациентов, перенесших удаление опухоли», — сказал О’Брайен. «Это также предотвратит необходимость ждать результатов патологии, прежде чем подтвердить, что раковые клетки все еще присутствуют после удаления опухоли».

Освещение рака

Gaia Herbs, Mighty Lungs, 60 веганских жидких фито-капсул

Исследования показали, что хирургическое лечение рака, как правило, является наиболее успешным, если хирурги удаляют не только опухоль, но и полностью окружающий ее здоровый слой ткани. Однако это может быть затруднительно, потому что трудно точно определить границы между тем, где заканчивается опухоль и начинается здоровая ткань. Кроме того, оптимальная толщина здорового слоя зависит от типа и локализации опухоли.

Чтобы помочь в решении этой задачи, исследовательская группа лаборатории Ахилефу во главе с О’Брайеном разработала новый инструмент, основанный на применении одного единственного флуоресцентного красителя во время резекции опухоли, который затем может возбуждаться двумя разными длинами волн в ближнем ИК-диапазоне, которые проникают в ткань на разную глубину. Испускаемая NIR-флуоресценция может визуализироваться через ткани, что позволяет обнаруживать раковые клетки на глубине от 1 до 2 сантиметров под поверхностью.

Флуоресценция с двухволновым возбуждением использует тот факт, что свет разных цветов или длин волн проходит в ткани на разное расстояние. Освещая воздействующие на опухоль флуоресцентные молекулы светом с разной длиной волны и сравнивая их отклики, можно предсказать, насколько глубоко в ткани располагаются воздействующие на опухоль агенты.

«Множество исследовательских групп внесли свой вклад в разработку математических взаимосвязей, связывающих глубину флуорофора с логометрическими измерениями флуоресценции», — сказал О’Брайен. «Всплеск контрастных веществ ближнего инфракрасного диапазона, разрабатываемых для использования в медицине, побудил нас продолжить предшествующую работу и создать систему, которая работает в ближнем инфракрасном диапазоне, а также является недорогой и простой в использовании».

Построение двухволновой системы

В новой системе флуоресцентной визуализации используются светодиоды с длиной волны 730 и 780 нм для обеспечения двух длин волн возбуждающего света и монохромная CMOS-камера для обнаружения полученной флуоресценции. Также был включен светодиод с длиной волны 850 нм для создания светлопольного изображения, которое позволяет сопоставлять флуоресцентные изображения с реальным изображением ткани. Исследователи решили использовать экспериментальный агент под названием LS301, который можно вводить во время резекции опухоли, разработанный в лаборатории Ахилефу, в качестве инфракрасного зонда, нацеленного на рак, поскольку его широкий спектр возбуждения устраняет необходимость использования более одного флуорофора, который мог бы усложнили клиническое применение. В настоящее время LS301 проходит клинические испытания у пациентов с раком молочной железы.

После тестирования системы на слоистых синтетических материалах и кусочках курицы исследователи оценили ее способность предсказывать глубину опухоли молочной железы, выращенной у мышей. Это было сделано путем инъекции мышам LS301, а затем их визуализации с помощью системы. Захват необходимых изображений занял 5 минут. Расчеты на основе этих изображений хорошо коррелировали с истинной глубиной опухоли, показывая среднюю ошибку всего 0,34 мм, что, вероятно, приемлемо для клинического использования.

В настоящее время исследователи работают над тем, чтобы сделать систему еще более полезной для хирургического руководства, ускорив обработку данных и добавив в систему дополнительную автоматизацию, чтобы она могла сканировать всю поверхность ткани.