Kirurgisk resektion af kræftvæv er en almindelig behandling, der bruges til at reducere sandsynligheden for, at kræft spreder sig til sundt væv. Effektiviteten af en sådan operation afhænger imidlertid stærkt af kirurgens evne til at skelne mellem kræftvæv og sundt væv.
Det er kendt, at de metaboliske aktiviteter af kræft og sundt væv adskiller sig væsentligt: kræftvæv har ofte kaotisk blodgennemstrømning kombineret med lave niveauer af ilt eller hypoxi. Med hypoxiske områder, der er almindelige i kræftvæv, kan nøjagtig identifikation af hypoxi hjælpe med at skelne kræftvæv fra sundt væv under operationen.
Forskere fra Thayer School of Engineering i Dartmouth og University of Wisconsin-Madison undersøger brugen af fluorescerende prober til real-time billeddannelse af lokal iltkoncentration i væv under operation. De præsenterer deres resultater i Journal of Biomedical Optics.
Når fluorescerende prober exciteres af lys, vender de tilbage til grundtilstanden og udsender lys med en anden energi. Umiddelbart efter belysning udsender prober en kort optisk lysimpuls kendt som prompt fluorescens. Nogle prober kan også producere et forsinket fluorescenssignal et stykke tid efter belysning.
Selvom både prompte og forsinkede fluorescenssignaler henfalder over tid, henfalder promptfluorescenssignalet hurtigt sammenlignet med det langvarige henfald af forsinket fluorescens. Det forsinkede fluorescenssignalhenfald kan observeres og analyseres yderligere for bedre at forstå den metaboliske aktivitet af nærliggende væv.
Iltningsvurdering i realtid
Første forfatter Arthur Petusseau og kolleger brugte et optisk billeddannelsessystem til at overvåge lys udsendt af den endogene molekylære probe protoporphyrin IX (PpIX) i en musemodel af bugspytkirtelkræft, hvor der er hypoxiske områder til stede.
Forskerne administrerede PpIX som enten en topologisk salve eller via injektion til dyrets sideflanke og genererede fluorescens ved hjælp af en 635 nm moduleret laserdiode som excitationskilde. De fandt, at forholdet mellem forsinket og hurtig fluorescens var omvendt proportional med det lokale oxygenpartialtryk i væv.
Den svage intensitet af det forsinkede fluorescenssignal gør det teknisk udfordrende at detektere. For at overvinde dette brugte forskerne et tidsstyret billeddannelsessystem, der kun muliggør sekventiel overvågning af fluorescenssignalet inden for små tidsvinduer. Dette gjorde det muligt for dem at reducere påvisningen af baggrundsstøj og nøjagtigt overvåge ændringer i det forsinkede fluorescenssignal.
Yderligere analyse viste, at det forsinkede fluorescenssignal erhvervet fra cancerøse hypoxiske celler var fem gange større end det, der blev opnået fra sundt, veliltet væv. Derudover fandt holdet også, at det forsinkede fluorescenssignal kunne forstærkes yderligere ved vævspalpering (påføre tryk på huden under fysisk undersøgelse), hvilket forstærker den forbigående hypoxi og muliggør tidsmæssig kontrast mellem de to signaler.
"Fordi de fleste tumorer har mikroregional hypoxi til stede, giver billeddiagnostiske hypoxisignaler fra PpIX forsinket fluorescens en fremragende kontrast mellem normalt væv og tumorer," siger Petusseau.
Multimodal spektroskopi påviser hjernetumorer in vivo
Forskerne konkluderer, at overvågning af forsinket fluorescens, der opstår på grund af de unikke emissioner fra PpIX-fluorescerende sonde i nærvær af hypoxi, har flere fordele ved at skelne mellem sundt og kræftvæv under operationen. "At erhverve både hurtig og forsinket fluorescens i en hurtig sekventiel cyklus muliggjorde billeddannelse af iltniveauer på en måde, der var uafhængig af PpIX-koncentrationen," siger de.
"Den enkle teknologi, der kræves, og den hurtige billedhastighedsevne kombineret med den lave toksicitet af PpIX gør denne mekanisme til kontrast oversættelig til mennesker. Det kunne sagtens bruges i fremtiden som en iboende kontrastmekanisme til onkologisk kirurgisk vejledning,” hævder Petusseau.
