La resezione chirurgica del tessuto canceroso è un trattamento comune utilizzato per ridurre la probabilità che il cancro si diffonda ai tessuti sani. Tuttavia, l'efficacia di tale intervento dipende fortemente dalla capacità del chirurgo di distinguere tra tessuto canceroso e sano.
È noto che le attività metaboliche del tessuto canceroso e sano differiscono in modo significativo: i tessuti cancerosi hanno spesso un flusso sanguigno caotico combinato con bassi livelli di ossigeno o ipossia. Con le regioni ipossiche comuni nel tessuto canceroso, l'identificazione accurata dell'ipossia potrebbe aiutare a differenziare il tessuto canceroso da quello sano durante l'intervento chirurgico.
I ricercatori della Thayer School of Engineering a Dartmouth e la University of Wisconsin-Madison stanno studiando l'uso di sonde fluorescenti per l'imaging in tempo reale della concentrazione di ossigeno locale nel tessuto durante l'intervento chirurgico. Presentano le loro scoperte nel Giornale di ottica biomedica.
Quando le sonde fluorescenti sono eccitate dalla luce, ritornano allo stato fondamentale ed emettono luce a un'energia diversa. Immediatamente dopo l'illuminazione, le sonde emettono un breve impulso di luce ottica noto come fluorescenza immediata. Alcune sonde possono anche produrre un segnale di fluorescenza ritardato qualche tempo dopo l'illuminazione.
Sebbene sia i segnali di fluorescenza immediata che quelli ritardati decadano nel tempo, il segnale di fluorescenza immediata decade rapidamente rispetto al decadimento prolungato della fluorescenza ritardata. Il decadimento ritardato del segnale di fluorescenza può essere osservato e analizzato ulteriormente per comprendere meglio l'attività metabolica del tessuto vicino.
Valutazione dell'ossigenazione in tempo reale
Primo autore Artù Petusseau e colleghi hanno utilizzato un sistema di imaging ottico per monitorare la luce emessa dalla sonda molecolare endogena protoporfirina IX (PpIX) in un modello murino di cancro al pancreas in cui sono presenti regioni ipossiche.
I ricercatori hanno somministrato il PpIX come un unguento topologico o tramite iniezione sul fianco laterale dell'animale e hanno generato fluorescenza utilizzando un diodo laser modulato a 635 nm come fonte di eccitazione. Hanno scoperto che il rapporto tra fluorescenza ritardata e immediata era inversamente proporzionale alla pressione parziale locale dell'ossigeno nel tessuto.
La debole intensità del segnale di fluorescenza ritardata rende tecnicamente difficile da rilevare. Per ovviare a questo, i ricercatori hanno utilizzato un sistema di imaging time-gated che consente il monitoraggio sequenziale del segnale di fluorescenza solo all'interno di piccole finestre temporali. Ciò ha consentito loro di ridurre il rilevamento del rumore di fondo e di monitorare con precisione i cambiamenti nel segnale di fluorescenza ritardata.
Ulteriori analisi hanno mostrato che il segnale di fluorescenza ritardata acquisito dalle cellule ipossiche cancerose era cinque volte maggiore di quello ottenuto da tessuto sano e ben ossigenato. Inoltre, il team ha anche scoperto che il segnale di fluorescenza ritardata potrebbe essere ulteriormente amplificato dalla palpazione dei tessuti (applicando una pressione sulla pelle durante l'esame fisico), che migliora l'ipossia transitoria e consente il contrasto temporale tra i due segnali.
«Poiché la maggior parte dei tumori presenta ipossia microregionale, l'imaging dei segnali di ipossia dalla fluorescenza ritardata PpIX consente un eccellente contrasto tra tessuto normale e tumori», afferma Petusseau.
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I ricercatori concludono che il monitoraggio della fluorescenza ritardata derivante dalle emissioni uniche della sonda fluorescente PpIX in presenza di ipossia ha diversi vantaggi nel distinguere tra tessuto sano e canceroso durante l'intervento chirurgico. "L'acquisizione della fluorescenza sia rapida che ritardata in un ciclo sequenziale rapido ha consentito di visualizzare i livelli di ossigeno in un modo indipendente dalla concentrazione di PpIX", affermano.
“La semplice tecnologia richiesta e la capacità di frame rate veloce unita alla bassa tossicità di PpIX rendono questo meccanismo di contrasto traducibile per l'uomo. Potrebbe essere facilmente utilizzato in futuro come meccanismo di contrasto intrinseco per la guida chirurgica oncologica”, afferma Petusseau.
