Kirurška resekcija rakavega tkiva je običajno zdravljenje, ki se uporablja za zmanjšanje verjetnosti širjenja raka na zdrava tkiva. Vendar pa je učinkovitost takšne operacije močno odvisna od kirurgove sposobnosti razlikovanja med rakavim in zdravim tkivom.
Znano je, da se presnovne aktivnosti rakavega in zdravega tkiva bistveno razlikujejo: rakava tkiva imajo pogosto kaotičen pretok krvi v kombinaciji z nizko vsebnostjo kisika ali hipoksijo. S hipoksičnimi regijami, ki so pogoste v rakavem tkivu, bi lahko natančna identifikacija hipoksije med operacijo pomagala razlikovati rakavo od zdravega tkiva.
Raziskovalci iz Inženirska šola Thayer v Dartmouthu in Univerza Wisconsin-Madison raziskujejo uporabo fluorescentnih sond za slikanje lokalne koncentracije kisika v tkivu med operacijo v realnem času. Svoje ugotovitve predstavljajo v Časopis za biomedicinsko optiko.
Ko fluorescentne sonde vzbudi svetloba, se vrnejo v osnovno stanje in oddajajo svetlobo z drugačno energijo. Takoj po osvetlitvi sonde oddajajo kratek optični svetlobni impulz, znan kot hitra fluorescenca. Nekatere sonde lahko proizvedejo tudi zakasnjen fluorescenčni signal nekaj časa po osvetlitvi.
Čeprav signali takojšnje in zapoznele fluorescence sčasoma upadejo, signal takojšnje fluorescence hitro upade v primerjavi s podaljšanim upadom zapoznele fluorescence. Zakasnjen upad fluorescenčnega signala je mogoče opazovati in nadalje analizirati, da bi bolje razumeli presnovno aktivnost bližnjega tkiva.
Ocena oksigenacije v realnem času
Prvi avtor Arthur Petusseau in sodelavci so uporabili sistem za optično slikanje za spremljanje svetlobe, ki jo oddaja endogena molekularna sonda protoporfirin IX (PpIX) v mišjem modelu raka trebušne slinavke, kjer so prisotne hipoksične regije.
Raziskovalci so dajali PpIX bodisi kot topološko mazilo bodisi z injekcijo na stranski bok živali in ustvarili fluorescenco z uporabo 635 nm modulirane laserske diode kot vira vzbujanja. Ugotovili so, da je razmerje med zapoznelo in hitro fluorescenco obratno sorazmerno z lokalnim parcialnim tlakom kisika v tkivu.
Zaradi šibke intenzivnosti zakasnjenega fluorescenčnega signala ga je tehnično težko zaznati. Da bi to premagali, so raziskovalci uporabili časovno omejen sistem slikanja, ki omogoča zaporedno spremljanje fluorescenčnega signala le v majhnih časovnih oknih. To jim je omogočilo zmanjšanje zaznavanja hrupa v ozadju in natančno spremljanje sprememb zakasnjenega fluorescenčnega signala.
Nadaljnja analiza je pokazala, da je bil zapozneli fluorescenčni signal, pridobljen iz rakavih hipoksičnih celic, petkrat večji od signala, pridobljenega iz zdravega, dobro oksigeniranega tkiva. Poleg tega je skupina tudi ugotovila, da bi lahko zakasnjeni fluorescenčni signal dodatno ojačali s palpacijo tkiva (pritisk na kožo med fizičnim pregledom), kar poveča prehodno hipoksijo in omogoči časovni kontrast med obema signaloma.
"Ker ima večina tumorjev prisotno mikro regionalno hipoksijo, slikovni signali hipoksije iz PpIX zapoznele fluorescence omogočajo odličen kontrast med normalnim tkivom in tumorji," pravi Petusseau.
Multimodalna spektroskopija odkriva možganske tumorje vivo
Raziskovalci sklepajo, da ima spremljanje zapoznele fluorescence, ki nastane zaradi edinstvenih emisij fluorescenčne sonde PpIX v prisotnosti hipoksije, več koristi pri razlikovanju med zdravim in rakastim tkivom med operacijo. "Pridobitev tako hitre kot zapoznele fluorescence v hitrem zaporednem ciklu je omogočila slikanje ravni kisika na način, ki je bil neodvisen od koncentracije PpIX," pravijo.
»Zaradi preproste tehnologije, ki je potrebna, in hitre hitrosti sličic skupaj z nizko toksičnostjo PpIX je ta mehanizem za kontrast prenosljiv na ljudi. V prihodnosti bi ga zlahka uporabili kot intrinzični kontrastni mehanizem za onkološko kirurško vodenje,« trdi Petusseau.
