A rákos szövetek sebészi eltávolítása egy gyakori kezelés, amellyel csökkenthető a rák egészséges szövetekre való átterjedésének valószínűsége. Az ilyen műtétek hatékonysága azonban erősen függ attól, hogy a sebész képes-e megkülönböztetni a rákos és az egészséges szöveteket.
Ismeretes, hogy a rákos és az egészséges szövetek anyagcsere-tevékenysége jelentősen eltér: a rákos szövetekben gyakran kaotikus véráramlás társul alacsony oxigénszinttel vagy hipoxiával. A rákos szövetekben gyakori hipoxiás régiók miatt a hipoxia pontos azonosítása segíthet a rákos és egészséges szövetek megkülönböztetésében a műtét során.
Kutatók a Thayer Mérnöki Iskola Dartmouthban és a University of Wisconsin-Madison fluoreszcens szondák alkalmazását vizsgálják a szövetek helyi oxigénkoncentrációjának valós idejű képalkotására műtét közben. Megállapításaikat a Journal of Medicinal Optics.
Amikor a fluoreszcens szondákat fénnyel gerjesztik, visszatérnek alapállapotba, és más energiájú fényt bocsátanak ki. Közvetlenül a megvilágítás után a szondák rövid optikai fényimpulzust bocsátanak ki, amelyet azonnali fluoreszcenciának neveznek. Egyes szondák késleltetett fluoreszcencia jelet is produkálhatnak a megvilágítás után.
Bár mind az azonnali, mind a késleltetett fluoreszcencia jelek csökkennek az idő múlásával, az azonnali fluoreszcencia jel gyorsan csökken a késleltetett fluoreszcencia elhúzódó csökkenéséhez képest. A késleltetett fluoreszcencia jel leépülése megfigyelhető és tovább elemezhető, hogy jobban megértsük a közeli szövetek metabolikus aktivitását.
Valós idejű oxigénfelmérés
Első szerző Arthur Petusseau és munkatársai egy optikai képalkotó rendszert használtak a protoporfirin IX (PpIX) endogén molekuláris szonda által kibocsátott fény monitorozására a hasnyálmirigyrák egérmodelljében, ahol hipoxiás régiók vannak jelen.
A kutatók a PpIX-et topológiai kenőcsként vagy injekció formájában az állat oldalsó oldalára juttatták be, és gerjesztőforrásként 635 nm-es modulált lézerdiódát használva fluoreszcenciát generáltak. Azt találták, hogy a késleltetett és azonnali fluoreszcencia aránya fordítottan arányos a helyi oxigén parciális nyomásával a szövetben.
A késleltetett fluoreszcencia jel gyenge intenzitása technikailag kihívást jelent annak észlelésében. Ennek kiküszöbölésére a kutatók egy időfüggő képalkotó rendszert alkalmaztak, amely csak kis időablakon belül teszi lehetővé a fluoreszcenciajel szekvenciális monitorozását. Ez lehetővé tette számukra, hogy csökkentsék a háttérzaj észlelését, és pontosan nyomon kövessék a késleltetett fluoreszcencia jel változásait.
A további elemzések azt mutatták, hogy a rákos hipoxiás sejtekből nyert késleltetett fluoreszcencia jel ötszöröse volt, mint az egészséges, jól oxigénnel ellátott szövetekből származónak. Ezen túlmenően a csapat azt is megállapította, hogy a késleltetett fluoreszcens jel tovább erősíthető szövettapintással (a fizikális vizsgálat során nyomást gyakorolva a bőrre), ami fokozza az átmeneti hipoxiát, és lehetővé teszi a két jel közötti időbeli kontrasztot.
"Mivel a legtöbb daganatban mikroregionális hipoxia van jelen, a PpIX késleltetett fluoreszcenciájából származó hipoxia jelek képalkotása kiváló kontrasztot tesz lehetővé a normál szövetek és a daganatok között" - mondja Petusseau.
A multimodális spektroszkópia kimutatja az agydaganatokat in vivo
A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a PpIX fluoreszcens szonda egyedi emissziója miatt fellépő késleltetett fluoreszcencia monitorozása hipoxia jelenlétében számos előnnyel jár az egészséges és a rákos szövetek műtét során történő megkülönböztetésében. "Az azonnali és a késleltetett fluoreszcencia gyors szekvenciális ciklusban történő megszerzése lehetővé tette az oxigénszintek PpIX-koncentrációtól független képalkotását" - mondják.
„A szükséges egyszerű technológia és a gyors képkockasebesség a PpIX alacsony toxicitásával párosulva ezt a kontrasztmechanizmust átültethetővé teszik az ember számára. Könnyen felhasználható lenne a jövőben az onkológiai sebészeti útmutatás belső kontrasztmechanizmusaként” – állítja Petusseau.
