Syöpäkudoksen kirurginen resektio on yleinen hoito, jota käytetään vähentämään syövän leviämisen todennäköisyyttä terveisiin kudoksiin. Tällaisen leikkauksen tehokkuus riippuu kuitenkin voimakkaasti kirurgin kyvystä erottaa syöpäsolut terveestä kudoksesta.
Tiedetään, että syöpäkudoksen ja terveen kudoksen aineenvaihduntatoiminnat eroavat merkittävästi: syöpäkudoksissa on usein kaoottista verenkiertoa yhdistettynä alhaisiin happipitoisuuksiin tai hypoksiaan. Syöpäkudoksessa yleisillä hypoksisilla alueilla hypoksian tarkka tunnistaminen voisi auttaa erottamaan syöpäkudoksen terveestä kudoksesta leikkauksen aikana.
Tutkijat Thayer School of Engineering Dartmouthissa ja University of Wisconsin-Madison tutkivat fluoresoivien koettimien käyttöä kudoksen paikallisen happipitoisuuden reaaliaikaiseen kuvaamiseen leikkauksen aikana. He esittelevät havaintojaan Journal of Biomedical Optics.
Kun fluoresoivat koettimet viritetään valolla, ne palaavat perustilaan ja lähettävät valoa eri energialla. Välittömästi valaistuksen jälkeen anturit lähettävät lyhyen optisen valopulssin, joka tunnetaan nimellä pikafluoresenssi. Jotkut koettimet voivat myös tuottaa viivästetyn fluoresenssisignaalin jonkin aikaa valaistuksen jälkeen.
Vaikka sekä nopeat että viivästyneet fluoresenssisignaalit vaimenevat ajan myötä, nopea fluoresenssisignaali vaimenee nopeasti verrattuna viivästyneen fluoresenssin pitkittyneeseen vaimenemiseen. Viivästynyttä fluoresenssisignaalin heikkenemistä voidaan tarkkailla ja analysoida edelleen läheisen kudoksen metabolisen aktiivisuuden ymmärtämiseksi paremmin.
Reaaliaikainen hapetusarviointi
Ensimmäinen kirjoittaja Arthur Petusseau ja kollegat käyttivät optista kuvantamisjärjestelmää endogeenisen molekyylikoettimen protoporfyriini IX:n (PpIX) emittoiman valon tarkkailemiseksi haimasyövän hiirimallissa, jossa on hypoksisia alueita.
Tutkijat antoivat PpIX:tä joko topologisena voiteena tai ruiskeena eläimen kylkeen ja loivat fluoresenssia käyttämällä virityslähteenä 635 nm moduloitua laserdiodia. He havaitsivat, että viivästyneen ja nopean fluoresenssin suhde oli kääntäen verrannollinen paikalliseen hapen osapaineeseen kudoksessa.
Viivästetyn fluoresenssisignaalin heikko intensiteetti tekee sen havaitsemisesta teknisesti haastavaa. Tämän ratkaisemiseksi tutkijat käyttivät aika-avainnettua kuvantamisjärjestelmää, joka mahdollistaa fluoresenssisignaalin peräkkäisen seurannan vain pienissä aikaikkunoissa. Tämän ansiosta he pystyivät vähentämään taustamelun havaitsemista ja tarkkailemaan tarkasti viivästetyn fluoresenssisignaalin muutoksia.
Lisäanalyysi osoitti, että syövän hypoksisista soluista saatu viivästynyt fluoresenssisignaali oli viisi kertaa suurempi kuin terveestä, hyvin happipitoisesta kudoksesta saatu. Lisäksi ryhmä havaitsi myös, että viivästynyttä fluoresenssisignaalia voitaisiin vahvistaa edelleen kudospalpaatiolla (painottamalla ihoa fyysisen tutkimuksen aikana), mikä tehostaa ohimenevää hypoksiaa ja mahdollistaa ajallisen kontrastin näiden kahden signaalin välillä.
"Koska useimmissa kasvaimissa esiintyy mikroalueellista hypoksiaa, PpIX-viivästyneen fluoresenssin hypoksiasignaalien kuvaaminen mahdollistaa erinomaisen kontrastin normaalin kudoksen ja kasvainten välillä", Petusseau sanoo.
Multimodaalinen spektroskopia havaitsee aivokasvaimet in vivo
Tutkijat päättelevät, että PpIX-fluoresoivan anturin ainutlaatuisista päästöistä johtuvan viivästyneen fluoresenssin seurannalla hypoksian läsnä ollessa on useita etuja terveen ja syöpäkudoksen erottamisessa leikkauksen aikana. "Sekä nopean että viivästetun fluoresenssin hankkiminen nopeassa peräkkäisessä syklissä mahdollisti happitasojen kuvaamisen tavalla, joka oli riippumaton PpIX-pitoisuudesta", he sanovat.
"Vaadittu yksinkertainen tekniikka ja nopea kuvanopeus yhdistettynä PpIX:n alhaiseen myrkyllisyyteen tekevät tästä kontrastimekanismista käännettävän ihmisille. Sitä voitaisiin helposti käyttää tulevaisuudessa luontaisena kontrastimekanismina onkologiseen kirurgiseen ohjaukseen, Petusseau väittää.
