遅延蛍光イメージングは​​、手術中の癌組織の特定に役立ちます

がん組織の外科的切除は、がんが健康な組織に広がる可能性を減らすために使用される一般的な治療法です。 しかし、このような手術の有効性は、癌組織と健康な組織を区別する外科医の能力に大きく依存します。

癌組織と健康な組織の代謝活動は大きく異なることが知られています。癌組織は、低レベルの酸素または低酸素と組み合わされた混沌とした血流を持っていることがよくあります。 がん組織では低酸素領域が一般的であるため、低酸素の正確な識別は、手術中にがん組織と健康な組織を区別するのに役立ちます。

研究者は ダートマスのセイヤー工科大学 と ウィスコンシン大学マディソン校 は、手術中の組織内の局所酸素濃度をリアルタイムでイメージングするための蛍光プローブの使用を調査しています。 彼らは調査結果を ジャーナル オブ バイオメディカル オプティクス.

蛍光プローブが光によって励起されると、基底状態に戻り、異なるエネルギーで光を放出します。 照射されるとすぐに、プローブはプロンプト蛍光として知られる短い光パルスを放出します。 一部のプローブは、照射後しばらくして遅延蛍光シグナルを生成することもあります。

プロンプト蛍光シグナルと遅延蛍光シグナルの両方が時間の経過とともに減衰しますが、遅延蛍光の長期にわたる減衰と比較して、プロンプト蛍光シグナルは急速に減衰します。 遅れた蛍光信号の減衰を観察し、さらに分析して、近くの組織の代謝活動をよりよく理解することができます。

リアルタイム酸素化評価

筆頭著者 アーサー・ペトゥソー 研究チームは、光学イメージング システムを利用して、低酸素領域が存在する膵臓癌のマウス モデルで、内因性分子プローブであるプロトポルフィリン IX (PpIX) から放出される光を監視しました。

研究者は、PpIX をトポロジカル軟膏として、または動物の脇腹への注射によって投与し、励起源として 635 nm 変調レーザー ダイオードを使用して蛍光を発生させました。 彼らは、遅延蛍光と促進蛍光の比率が、組織内の局所酸素分圧に反比例することを発見しました。

遅延蛍光シグナルの強度が弱いため、検出が技術的に困難になります。 これを克服するために、研究者は、小さな時間枠内でのみ蛍光シグナルのシーケンシャル モニタリングを可能にする時間ゲート イメージング システムを利用しました。 これにより、バックグラウンド ノイズの検出を減らし、遅延蛍光シグナルの変化を正確に監視することができました。

さらなる分析により、癌性低酸素細胞から得られた遅延蛍光シグナルは、健康で十分に酸素化された組織から得られたものよりもXNUMX倍大きいことが示されました。 さらに、チームはまた、組織の触診 (身体検査中に皮膚に圧力をかける) によって遅延蛍光シグナルがさらに増幅される可能性があることも発見しました。

「ほとんどの腫瘍には局所的な低酸素症が存在するため、PpIX 遅延蛍光からの低酸素信号をイメージングすると、正常組織と腫瘍との間の優れたコントラストが得られます」と Petusseau 氏は述べています。

研究者らは、低酸素の存在下で PpIX 蛍光プローブの固有の発光によって生じる遅延蛍光を監視すると、手術中に健康な組織と癌組織を区別するのにいくつかの利点があると結論付けています。 「迅速なシーケンシャル サイクルで即発蛍光と遅延蛍光の両方を取得することで、PpIX 濃度に依存しない方法で酸素レベルをイメージングできました」と彼らは言います。

「必要な単純な技術と、PpIX の低毒性と相まって高速フレーム レート機能により、このコントラストのメカニズムは人間に翻訳可能になります。 将来的には、腫瘍の外科的ガイダンスのための本質的なコントラスト メカニズムとして簡単に使用できるでしょう」と Petusseau 氏は述べています。