La résection chirurgicale des tissus cancéreux est un traitement couramment utilisé pour réduire le risque de propagation du cancer aux tissus sains. Cependant, l'efficacité d'une telle chirurgie dépend fortement de la capacité du chirurgien à distinguer les tissus cancéreux des tissus sains.
On sait que les activités métaboliques des tissus cancéreux et sains diffèrent considérablement : les tissus cancéreux ont souvent un flux sanguin chaotique combiné à de faibles niveaux d'oxygène, ou hypoxie. Avec les régions hypoxiques courantes dans les tissus cancéreux, une identification précise de l'hypoxie pourrait aider à différencier les tissus cancéreux des tissus sains pendant la chirurgie.
Les chercheurs de la École d'ingénierie Thayer à Dartmouth et par Université de Wisconsin-Madison étudient l'utilisation de sondes fluorescentes pour l'imagerie en temps réel de la concentration locale d'oxygène dans les tissus pendant la chirurgie. Ils présentent leurs découvertes dans le Journal de l'optique biomédicale.
Lorsque les sondes fluorescentes sont excitées par la lumière, elles reviennent à l'état fondamental et émettent de la lumière à une énergie différente. Immédiatement après l'illumination, les sondes émettent une courte impulsion lumineuse optique connue sous le nom de fluorescence rapide. Certaines sondes peuvent également produire un signal de fluorescence retardé quelque temps après l'illumination.
Bien que les signaux de fluorescence rapide et retardée se dégradent avec le temps, le signal de fluorescence rapide décroît rapidement par rapport à la décroissance prolongée de la fluorescence retardée. La décroissance retardée du signal de fluorescence peut être observée et analysée plus avant pour mieux comprendre l'activité métabolique des tissus voisins.
Évaluation de l'oxygénation en temps réel
Premier auteur Arthur Pétusseau et ses collègues ont utilisé un système d'imagerie optique pour surveiller la lumière émise par la sonde moléculaire endogène protoporphyrine IX (PpIX) dans un modèle murin de cancer du pancréas où des régions hypoxiques sont présentes.
Les chercheurs ont administré le PpIX sous forme de pommade topologique ou par injection sur le flanc latéral de l'animal et ont généré une fluorescence à l'aide d'une diode laser modulée à 635 nm comme source d'excitation. Ils ont découvert que le rapport entre la fluorescence retardée et la fluorescence rapide était inversement proportionnel à la pression partielle d'oxygène locale dans les tissus.
La faible intensité du signal de fluorescence retardée le rend techniquement difficile à détecter. Pour surmonter cela, les chercheurs ont utilisé un système d'imagerie temporisé qui permet une surveillance séquentielle du signal de fluorescence dans de petites fenêtres temporelles uniquement. Cela leur a permis de réduire la détection du bruit de fond et de surveiller avec précision les changements dans le signal de fluorescence retardé.
Une analyse plus approfondie a montré que le signal de fluorescence retardé acquis à partir de cellules hypoxiques cancéreuses était cinq fois supérieur à celui obtenu à partir de tissus sains et bien oxygénés. De plus, l'équipe a également découvert que le signal de fluorescence retardé pouvait être amplifié davantage par la palpation des tissus (en appliquant une pression sur la peau lors de l'examen physique), ce qui améliore l'hypoxie transitoire et permet un contraste temporel entre les deux signaux.
"Parce que la plupart des tumeurs présentent une hypoxie microrégionale, l'imagerie des signaux d'hypoxie à partir de la fluorescence retardée de la PpIX permet un excellent contraste entre les tissus normaux et les tumeurs", déclare Petusseau.
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Les chercheurs concluent que la surveillance de la fluorescence retardée résultant des émissions uniques de la sonde fluorescente PpIX en présence d'hypoxie présente plusieurs avantages pour distinguer les tissus sains des tissus cancéreux pendant la chirurgie. "L'acquisition à la fois d'une fluorescence rapide et retardée dans un cycle séquentiel rapide a permis d'imager les niveaux d'oxygène d'une manière indépendante de la concentration de PpIX", disent-ils.
«La technologie simple requise et la capacité de fréquence d'images rapide associée à la faible toxicité de PpIX rendent ce mécanisme de contraste transposable à l'homme. Il pourrait facilement être utilisé à l'avenir comme mécanisme de contraste intrinsèque pour le guidage chirurgical oncologique », affirme Petusseau.
