Rezecția chirurgicală a țesutului canceros este un tratament comun utilizat pentru a reduce probabilitatea de răspândire a cancerului la țesuturile sănătoase. Cu toate acestea, eficacitatea unei astfel de intervenții chirurgicale depinde în mare măsură de capacitatea chirurgului de a distinge între țesutul canceros și cel sănătos.
Se știe că activitățile metabolice ale țesuturilor canceroase și sănătoase diferă semnificativ: țesuturile canceroase au adesea un flux sanguin haotic combinat cu niveluri scăzute de oxigen sau hipoxie. Cu regiunile hipoxice comune în țesutul canceros, identificarea precisă a hipoxiei ar putea ajuta la diferențierea țesutului canceros de cel sănătos în timpul intervenției chirurgicale.
Cercetătorii din cadrul Thayer School of Engineering din Dartmouth si Universitatea din Wisconsin-Madison investighează utilizarea sondelor fluorescente pentru imagistica în timp real a concentrației locale de oxigen în țesut în timpul intervenției chirurgicale. Ei își prezintă constatările în Jurnalul de optică biomedicală.
Când sondele fluorescente sunt excitate de lumină, ele revin la starea fundamentală și emit lumină cu o energie diferită. Imediat după iluminare, sondele emit un scurt impuls de lumină optică cunoscut sub numele de fluorescență promptă. Unele sonde pot produce, de asemenea, un semnal de fluorescență întârziat la ceva timp după iluminare.
Deși atât semnalele de fluorescență promptă, cât și cele întârziate se diminuează în timp, semnalul de fluorescență promptă scade rapid în comparație cu decăderea prelungită a fluorescenței întârziate. Degradarea semnalului de fluorescență întârziată poate fi observată și analizată în continuare pentru a înțelege mai bine activitatea metabolică a țesutului din apropiere.
Evaluarea oxigenării în timp real
Primul autor Arthur Petusseau și colegii au folosit un sistem de imagistică optică pentru a monitoriza lumina emisă de sonda moleculară endogenă protoporfirina IX (PpIX) într-un model de șoarece de cancer pancreatic în care sunt prezente regiuni hipoxice.
Cercetătorii au administrat PpIX fie ca un unguent topologic, fie prin injecție pe flancul lateral al animalului și au generat fluorescență folosind o diodă laser modulată de 635 nm ca sursă de excitație. Ei au descoperit că raportul dintre fluorescența întârziată și cea promptă a fost invers proporțional cu presiunea parțială a oxigenului local în țesut.
Intensitatea slabă a semnalului de fluorescență întârziat îl face dificil de detectat din punct de vedere tehnic. Pentru a depăși acest lucru, cercetătorii au folosit un sistem de imagistică bazat pe timp, care permite monitorizarea secvențială a semnalului de fluorescență numai în ferestre de timp mici. Acest lucru le-a permis să reducă detectarea zgomotului de fond și să monitorizeze cu precizie modificările semnalului de fluorescență întârziat.
O analiză ulterioară a arătat că semnalul de fluorescență întârziat dobândit de la celulele hipoxice canceroase a fost de cinci ori mai mare decât cel obținut din țesut sănătos, bine oxigenat. În plus, echipa a constatat, de asemenea, că semnalul de fluorescență întârziat ar putea fi amplificat și mai mult prin palparea țesuturilor (aplicând presiune pe piele în timpul examinării fizice), ceea ce sporește hipoxia tranzitorie și permite contrastul temporal între cele două semnale.
„Deoarece majoritatea tumorilor au hipoxie micro regională prezentă, semnalele de hipoxie imagistice de la fluorescența întârziată PpIX permit un contrast excelent între țesutul normal și tumori”, spune Petusseau.
Spectroscopia multimodală detectează tumorile cerebrale in vivo
Cercetătorii concluzionează că monitorizarea fluorescenței întârziate care rezultă din cauza emisiilor unice ale sondei fluorescente PpIX în prezența hipoxiei are mai multe beneficii în distingerea între țesutul sănătos și canceros în timpul intervenției chirurgicale. „Dobândirea atât a fluorescenței prompte, cât și a celei întârziate într-un ciclu secvenţial rapid a permis vizualizarea nivelurilor de oxigen într-un mod care a fost independent de concentraţia PpIX”, spun ei.
„Tehnologia simplă necesară și capacitatea de frecvență a cadrelor rapidă, împreună cu toxicitatea scăzută a PpIX, fac ca acest mecanism de contrast să fie translatable la om. Ar putea fi folosit cu ușurință în viitor ca mecanism de contrast intrinsec pentru ghidarea chirurgicală oncologică”, susține Petusseau.
