Η χειρουργική εκτομή καρκινικού ιστού είναι μια κοινή θεραπεία που χρησιμοποιείται για τη μείωση της πιθανότητας εξάπλωσης του καρκίνου σε υγιείς ιστούς. Ωστόσο, η αποτελεσματικότητα μιας τέτοιας χειρουργικής επέμβασης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ικανότητα του χειρουργού να διακρίνει μεταξύ καρκινικού και υγιούς ιστού.
Είναι γνωστό ότι οι μεταβολικές δραστηριότητες του καρκινικού και υγιούς ιστού διαφέρουν σημαντικά: οι καρκινικοί ιστοί έχουν συχνά χαοτική ροή αίματος σε συνδυασμό με χαμηλά επίπεδα οξυγόνου ή υποξία. Με τις υποξικές περιοχές κοινές στον καρκινικό ιστό, η ακριβής αναγνώριση της υποξίας θα μπορούσε να βοηθήσει στη διαφοροποίηση του καρκινικού από τον υγιή ιστό κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης.
Ερευνητές από το Thayer School of Engineering στο Dartmouth και την Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison διερευνούν τη χρήση ανιχνευτών φθορισμού για απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο της τοπικής συγκέντρωσης οξυγόνου στον ιστό κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης. Παρουσιάζουν τα ευρήματά τους στο Journal of Biomedical Optics.
Όταν οι ανιχνευτές φθορισμού διεγείρονται από το φως, επιστρέφουν στη βασική κατάσταση και εκπέμπουν φως με διαφορετική ενέργεια. Αμέσως μετά το φωτισμό, οι ανιχνευτές εκπέμπουν έναν σύντομο παλμό οπτικού φωτός γνωστός ως γρήγορος φθορισμός. Ορισμένοι ανιχνευτές μπορούν επίσης να παράγουν ένα καθυστερημένο σήμα φθορισμού λίγο καιρό μετά το φωτισμό.
Αν και τόσο τα άμεσα όσο και τα καθυστερημένα σήματα φθορισμού αποσυντίθενται με την πάροδο του χρόνου, το σήμα άμεσης φθορισμού διασπάται γρήγορα σε σύγκριση με την παρατεταμένη διάσπαση του καθυστερημένου φθορισμού. Η καθυστερημένη αποσύνθεση του σήματος φθορισμού μπορεί να παρατηρηθεί και να αναλυθεί περαιτέρω για την καλύτερη κατανόηση της μεταβολικής δραστηριότητας του κοντινού ιστού.
Αξιολόγηση οξυγόνωσης σε πραγματικό χρόνο
Πρώτος συγγραφέας Άρθουρ Πετυσώ και οι συνάδελφοι χρησιμοποίησαν ένα σύστημα οπτικής απεικόνισης για την παρακολούθηση του φωτός που εκπέμπεται από τον ενδογενή μοριακό ανιχνευτή πρωτοπορφυρίνη IX (PpIX) σε ένα μοντέλο ποντικού καρκίνου του παγκρέατος όπου υπάρχουν υποξικές περιοχές.
Οι ερευνητές χορήγησαν το PpIX είτε ως τοπολογική αλοιφή είτε μέσω ένεσης στο πλευρικό πλευρό του ζώου και δημιούργησαν φθορισμό χρησιμοποιώντας μια διαμορφωμένη δίοδο λέιζερ 635 nm ως πηγή διέγερσης. Βρήκαν ότι η αναλογία καθυστερημένου προς τον άμεσο φθορισμό ήταν αντιστρόφως ανάλογη με την τοπική μερική πίεση οξυγόνου στον ιστό.
Η ασθενής ένταση του καθυστερημένου σήματος φθορισμού καθιστά τεχνικά δύσκολη την ανίχνευσή του. Για να ξεπεραστεί αυτό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα σύστημα απεικόνισης με χρονική πύλη που επιτρέπει τη διαδοχική παρακολούθηση του σήματος φθορισμού μόνο μέσα σε μικρά χρονικά παράθυρα. Αυτό τους επέτρεψε να μειώσουν την ανίχνευση του θορύβου περιβάλλοντος και να παρακολουθούν με ακρίβεια τις αλλαγές στο καθυστερημένο σήμα φθορισμού.
Περαιτέρω ανάλυση έδειξε ότι το καθυστερημένο σήμα φθορισμού που αποκτήθηκε από καρκινικά υποξικά κύτταρα ήταν πέντε φορές μεγαλύτερο από αυτό που ελήφθη από υγιή, καλά οξυγονωμένο ιστό. Επιπλέον, η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι το καθυστερημένο σήμα φθορισμού θα μπορούσε να ενισχυθεί περαιτέρω με ψηλάφηση ιστού (εφαρμογή πίεσης στο δέρμα κατά τη φυσική εξέταση), η οποία ενισχύει την παροδική υποξία και επιτρέπει τη χρονική αντίθεση μεταξύ των δύο σημάτων.
«Επειδή οι περισσότεροι όγκοι έχουν μικροπεριοχική υποξία, η απεικόνιση των σημάτων υποξίας από τον καθυστερημένο φθορισμό PpIX επιτρέπει την εξαιρετική αντίθεση μεταξύ του φυσιολογικού ιστού και των όγκων», λέει ο Petusseau.
Η πολυτροπική φασματοσκοπία ανιχνεύει όγκους εγκεφάλου ίη νίνο
Οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η παρακολούθηση καθυστερημένου φθορισμού που προκύπτει λόγω των μοναδικών εκπομπών του φθορίζοντος καθετήρα PpIX παρουσία υποξίας έχει πολλά οφέλη στη διάκριση μεταξύ υγιούς και καρκινικού ιστού κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης. «Η απόκτηση τόσο γρήγορου όσο και καθυστερημένου φθορισμού σε έναν γρήγορο διαδοχικό κύκλο επέτρεψε την απεικόνιση των επιπέδων οξυγόνου με τρόπο που ήταν ανεξάρτητος από τη συγκέντρωση PpIX», λένε.
«Η απλή τεχνολογία που απαιτείται και η δυνατότητα γρήγορου ρυθμού καρέ σε συνδυασμό με τη χαμηλή τοξικότητα του PpIX καθιστούν αυτόν τον μηχανισμό αντίθεσης μεταφραστικό στον άνθρωπο. Θα μπορούσε εύκολα να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον ως εγγενής μηχανισμός αντίθεσης για ογκολογική χειρουργική καθοδήγηση», ισχυρίζεται ο Petusseau.
