Vähikoe kirurgiline resektsioon on levinud ravi, mida kasutatakse vähi leviku tõenäosuse vähendamiseks tervetesse kudedesse. Sellise operatsiooni tõhusus sõltub aga suuresti sellest, kas kirurg suudab eristada vähkkasvajat tervest koest.
On teada, et vähkkasvajate ja tervete kudede metaboolsed aktiivsused erinevad oluliselt: vähikudedes on sageli kaootiline verevool koos madala hapnikusisaldusega ehk hüpoksia. Vähikoes levinud hüpoksiliste piirkondade korral võib hüpoksia täpne tuvastamine aidata operatsiooni ajal eristada vähkkasvajat tervest koest.
Teadlased Thayeri tehnikakool Dartmouthis ja Wisconsini Ülikool-Madison uurivad fluorestseeruvate sondide kasutamist kudede kohaliku hapnikukontsentratsiooni reaalajas pildistamiseks operatsiooni ajal. Nad esitlevad oma järeldusi dokumendis Biomeditsiinilise optika ajakiri.
Kui fluorestseeruvad sondid ergastatakse valgusega, naasevad nad põhiolekusse ja kiirgavad erineva energiaga valgust. Kohe pärast valgustamist kiirgavad sondid lühikese optilise valgusimpulsi, mida nimetatakse kiireks fluorestsentsiks. Mõned sondid võivad ka mõni aeg pärast valgustamist tekitada viivitatud fluorestsentssignaali.
Kuigi nii viivitatud kui ka viivitatud fluorestsentssignaalid aeglustuvad aja jooksul, vaibub kiire fluorestsentsi signaal kiiresti võrreldes viivitatud fluorestsentsi pikaajalise vähenemisega. Hilinenud fluorestsentssignaali vähenemist saab jälgida ja edasi analüüsida, et paremini mõista lähedalasuvate kudede metaboolset aktiivsust.
Reaalajas hapnikusisalduse hindamine
Esimene autor Arthur Petusseau ja kolleegid kasutasid optilist pildistamissüsteemi, et jälgida endogeense molekulaarse sondi protoporfüriin IX (PpIX) kiirgavat valgust kõhunäärmevähi hiiremudelis, kus esinevad hüpoksilised piirkonnad.
Teadlased manustasid PpIX-i kas topoloogilise salvina või süstimise teel looma küljele ja tekitasid fluorestsentsi, kasutades ergastusallikana 635 nm moduleeritud laserdioodi. Nad leidsid, et viivitatud ja kiire fluorestsentsi suhe oli pöördvõrdeline kohaliku hapniku osarõhuga koes.
Viivitatud fluorestsentssignaali nõrk intensiivsus muudab selle tuvastamise tehniliselt keeruliseks. Selle ületamiseks kasutasid teadlased ajapiiranguga pildisüsteemi, mis võimaldab fluorestsentssignaali järjestikust jälgimist ainult väikeste ajaakende jooksul. See võimaldas neil vähendada taustmüra tuvastamist ja täpselt jälgida muutusi viivitatud fluorestsentssignaalis.
Täiendav analüüs näitas, et vähi hüpoksilistest rakkudest saadud viivitatud fluorestsentsi signaal oli viis korda suurem kui tervest, hästi hapnikuga varustatud koest. Lisaks leidis töörühm ka, et viivitatud fluorestsentssignaali saab veelgi võimendada kudede palpeerimisega (nahale füüsilise läbivaatuse ajal surve avaldamine), mis suurendab mööduvat hüpoksiat ja võimaldab ajalist kontrasti kahe signaali vahel.
"Kuna enamikul kasvajatel esineb mikropiirkondlik hüpoksia, võimaldab PpIX-i viivitatud fluorestsentsi hüpoksia signaalide kuvamine suurepärase kontrasti normaalse koe ja kasvajate vahel," ütleb Petusseau.
Multimodaalne spektroskoopia tuvastab ajukasvajaid in vivo
Uurijad järeldavad, et PpIX fluorestsentssondi ainulaadsete emissioonide tõttu hüpoksia korral tekkiva viivitatud fluorestsentsi jälgimisel on terve ja vähikoe eristamisel operatsiooni ajal mitmeid eeliseid. "Nii kiire kui ka viivitatud fluorestsentsi omandamine kiires järjestikuses tsüklis võimaldas hapnikutaseme pildistamist viisil, mis ei sõltu PpIX kontsentratsioonist, " ütlevad nad.
"Vajalik lihtne tehnoloogia ja kiire kaadrisagedus koos PpIX-i madala toksilisusega muudavad selle kontrasti mehhanismi inimestele ülekantavaks. Seda saab tulevikus hõlpsasti kasutada onkoloogilise kirurgilise juhendamise sisemise kontrastimehhanismina, ”väidab Petusseau.
