Kirurgisk reseksjon av kreftvev er en vanlig behandling som brukes for å redusere sannsynligheten for spredning av kreft til friskt vev. Effekten av slik kirurgi avhenger imidlertid sterkt av kirurgens evne til å skille mellom kreftvev og sunt vev.
Det er kjent at de metabolske aktivitetene til kreftvev og sunt vev varierer betydelig: kreftvev har ofte kaotisk blodstrøm kombinert med lave nivåer av oksygen, eller hypoksi. Med hypoksiske områder som er vanlige i kreftvev, kan nøyaktig identifikasjon av hypoksi bidra til å skille kreft fra sunt vev under operasjonen.
Forskere fra Thayer School of Engineering i Dartmouth og University of Wisconsin-Madison undersøker bruken av fluorescerende prober for sanntidsavbildning av lokal oksygenkonsentrasjon i vev under operasjonen. De presenterer funnene sine i Tidsskrift for biomedisinsk optikk.
Når fluorescerende prober blir opphisset av lys, går de tilbake til grunntilstanden og sender ut lys med en annen energi. Umiddelbart etter belysning sender sonder ut en kort optisk lyspuls kjent som prompt fluorescens. Noen prober kan også produsere et forsinket fluorescenssignal en tid etter belysning.
Selv om både prompte og forsinkede fluorescenssignaler forfaller over tid, forfaller promptfluorescenssignalet raskt sammenlignet med det langvarige forfallet av forsinket fluorescens. Det forsinkede fluorescenssignalforfallet kan observeres og analyseres videre for bedre å forstå den metabolske aktiviteten til nærliggende vev.
Sanntids oksygeneringsvurdering
Første forfatter Arthur Petusseau og kolleger brukte et optisk avbildningssystem for å overvåke lys som sendes ut av den endogene molekylære proben protoporfyrin IX (PpIX) i en musemodell av kreft i bukspyttkjertelen der hypoksiske områder er tilstede.
Forskerne administrerte PpIX enten som en topologisk salve eller via injeksjon til dyrets sideflanke og genererte fluorescens ved å bruke en 635 nm modulert laserdiode som eksitasjonskilde. De fant at forholdet mellom forsinket og umiddelbar fluorescens var omvendt proporsjonal med det lokale oksygenpartialtrykket i vev.
Den svake intensiteten til det forsinkede fluorescenssignalet gjør det teknisk utfordrende å oppdage. For å overvinne dette brukte forskerne et tidsstyrt bildesystem som muliggjør sekvensiell overvåking av fluorescenssignalet kun innenfor små tidsvinduer. Dette gjorde dem i stand til å redusere deteksjonen av bakgrunnsstøy og nøyaktig overvåke endringer i det forsinkede fluorescenssignalet.
Ytterligere analyse viste at det forsinkede fluorescenssignalet som ble oppnådd fra hypoksiske kreftceller var fem ganger større enn det som ble oppnådd fra sunt, godt oksygenert vev. I tillegg fant teamet også at det forsinkede fluorescenssignalet kunne forsterkes ytterligere ved vevspalpering (påføre trykk på huden under fysisk undersøkelse), noe som forsterker den forbigående hypoksien og muliggjør tidsmessig kontrast mellom de to signalene.
"Fordi de fleste svulster har mikroregional hypoksi tilstede, gir bildediagnostiske hypoksisignaler fra PpIX forsinket fluorescens utmerket kontrast mellom normalt vev og svulster," sier Petusseau.
Multimodal spektroskopi oppdager hjernesvulster in vivo
Forskerne konkluderer med at overvåking av forsinket fluorescens som oppstår på grunn av de unike utslippene fra PpIX-fluorescerende sonde i nærvær av hypoksi har flere fordeler ved å skille mellom sunt og kreftvev under operasjonen. "Å få både rask og forsinket fluorescens i en rask sekvensiell syklus gjorde det mulig å avbilde oksygennivåer på en måte som var uavhengig av PpIX-konsentrasjonen," sier de.
"Den enkle teknologien som kreves, og den raske bildehastighetsevnen kombinert med den lave toksisiteten til PpIX gjør denne mekanismen for kontrast oversettelig til mennesker. Den kan lett brukes i fremtiden som en iboende kontrastmekanisme for onkologisk kirurgisk veiledning, hevder Petusseau.
