Multimodalno optično slikanje je pripravljeno zasijati pri zgodnjem odkrivanju kolorektalnega raka

Kolorektalni (črevesni) rak je drugi najpogostejši vzrok smrti zaradi raka v Evropi – s približno 160,000 smrtnimi primeri vsako leto – in ima skupne gospodarske stroške v višini približno 20 milijard EUR na leto – polovica tega se nanaša na učinke primarnega zdravstvenega varstva zdravljenje in nadaljnja oskrba bolnikov. Te številke – vzete iz Evropski informacijski sistem o raku (ECIS), podatkovno zbirko kazalnikov in trendov raka – poudarja pomen zgodnjega odkrivanja. Ko je rak debelega črevesa in danke odkrit zgodaj (tj. preden tumor preraste stene debelega črevesa ali danke v okoliška tkiva), se petletna stopnja preživetja bolnikov poveča na 90 % (v primerjavi s samo 14 % pri pozni diagnozi). Trenutno pa se v tej začetni, lokalizirani fazi bolezni odkrijejo le približno štirje od 10 primerov kolorektalnega raka.

Tu je klinična in komercialna priložnost za inovatorje biofotonike, da zagotovijo intervencijo na mestu oskrbe v zgodnji fazi – skratka, sprememba paradigme, ko gre za presejanje, diagnozo in zdravljenje raka debelega črevesa in danke. Pomislite na optično biopsijo: uporaba komplementarnih modalitet optičnega slikanja, dostavljenih endoskopsko, za pojasnitev morfoloških, funkcionalnih in molekularnih vpogledov v rakasto črevesno tkivo brez potrebe po izrezu tega tkiva.

V središču tega prevajalskega prizadevanja za raziskave in razvoj je Peter Andersen, vodja skupine v biofotonsko slikanje at DTU Health Tech, oddelek za zdravstveno tehniko na Tehnična univerza na Danskem (DTU) v Kongens Lyngby, severno od Kopenhagna.

Optične priložnosti

V zadnjih treh letih si Andersen in njegovi sodelavci DTU Health Tech prizadevajo spremeniti pripoved o raku debelega črevesa in danke na bolje. Kot koordinator 6 milijonov € PROSKOP Pobuda – financirana kot del programa Evropske unije za raziskave in inovacije Horizon 2020 – Andersen vodi meddisciplinarno sodelovanje znanstvenikov, industrijskih inženirjev in klinikov iz petih evropskih držav. Njihov skupni cilj: razviti gradnike multimodalne platforme za slikanje z optičnimi vlakni, ki utira pot zgodnji diagnostiki – v velikem obsegu – raka debelega črevesa in danke, dosegajoč specifičnost in občutljivost nad 90 %, hkrati pa prepolovijo število bolnikov, napotenih na ekscizijsko biopsijo ( ki so zamudni in nagnjeni k napakam pri vzorčenju, ki zgrešijo sumljive lezije).

"Optično slikanje odpira obetavno pot do zgodnejše diagnoze in izboljšane lokalizacije bolezni," pojasnjuje Andersen. "Z izboljšanjem diagnoze raka lahko zmanjšamo ponovitev in potrebo po dragih nadaljnjih postopkih v kliniki - vse to pomeni boljše rezultate zdravljenja in izboljšano kakovost življenja bolnikov."

Danes onkologi pregledujejo črevesje z uporabo običajnih kolonoskopskih sistemov, ki na primer temeljijo na videu visoke ločljivosti v beli svetlobi ali optičnem ozkopasovnem slikanju. Čeprav takšni pristopi klinikom omogočajo razlikovanje in karakterizacijo rakavih lezij v zgodnji fazi, obstajajo omejitve glede globinskega rezanja in občutljivosti.

»S tem v mislih,« dodaja Andersen, »PROSCOPE daje prednost edinstveni kombinaciji brez nalepk [brez vbrizganih barvil ali biomarkerjev], neionizirajočih in preverjenih načinov optičnega slikanja s prostorsko ločljivostjo, specifičnostjo in občutljivostjo, ki bo dopolnjevala uveljavljene klinične postopke slikanja in zmanjšati potrebo po ekscizijski biopsiji in histopatologiji.«

Povedano drugače, partnerji PROSCOPE peljejo kolonoskopijo na neznano ozemlje. Kar zadeva potek dela, se standardna osvetlitev z belo svetlobo (z vgrajeno video kamero) uporablja za označevanje sumljivih lezij, ki si zaslužijo nadaljnjo preiskavo s strani zdravnika, pri čemer pride v poštev portfelj naprednih modalitet optičnega slikanja. Za začetek obstaja optična koherentna tomografija (OCT), ki uporablja bližnjo infrardečo interferometrijo z nizko koherenco za preslikavo odbojev iz različnih globin v tkivu (tj. globinsko sekcijo). Ti odsevi dajejo presečne slike mikronske ločljivosti podpovršinskih lezij v črevesni steni, tudi rast novih mikroskopskih krvnih kapilar, ki hranijo rakasto tkivo.

»Koncept slikanja PROSCOPE primerjam s kolonoskopijo Google Earth,« pojasnjuje Andersen. "Začnemo z zemljevidom države in nato približamo mesto, nato ulico in nato stavbo." Andersen tukaj namiguje na dejstvo, da imajo rakave celice aktivnejši metabolizem kot sosednje nerakaste celice, kar pomeni večji pretok krvi in ​​rast žil za sum na lezije. Kot taka sonda za slikanje PROSCOPE uporablja večfotonsko mikroskopijo (MPM) za slikanje lezije, ki nas zanima, na skalah celične dolžine – na primer meri pretok krvi in ​​presnovno aktivnost –, medtem ko se Ramanova spektroskopija še bolj poveča za identifikacijo biomarkerjev raka na molekularni ravni. .

Medtem ko se partnerji PROSCOPE zaenkrat osredotočajo na vidike iteracije zasnove, miniaturizacije in sistemske integracije njihovega multimodalnega kolonoskopa, je načrt, da bodo tehnološki demonstrator preizkusili v začetku naslednjega leta v majhnem kliničnem preskušanju (kohorta 20 –30 bolnikov) na Medicinska univerza na Dunaju, Avstrija. "Končna igra za PROSCOPE je klinično prevajanje," pravi Andersen. »Te tehnologije ne razvijamo, ker jo lahko; razvijamo ga za zgodnejše odkrivanje raka in izboljšanje rezultatov pri bolnikih.«

Uspeh rodi uspeh

Če pa gre pri PROSCOPE za "kaj je naslednje" na področju biofotonskega slikanja, napredek konzorcija v smeri klinične uporabe nedvomno temelji na uspehih sorodnega in zdaj dokončanega vseevropskega projekta, imenovanega MIB (multimodalno, endoskopsko biofotonsko slikanje raka mehurja za diagnozo na mestu zdravljenja). S podjetjem DTU Health Tech, ki je tudi koordinator projekta, je raziskovalni konzorcij MIB uvedel sistem optičnega slikanja, ki je združljiv s cistoskopom, za izboljšanje diagnostičnih zmogljivosti v zvezi z rakom mehurja – končni cilj je izboljšanje prognoze bolnikov z zgodnjim odkrivanjem, zgodnejšim začetkom zdravljenja in posledično , zmanjšano ponovitev bolezni (trenutno 50 % po 12 mesecih spremljanja).

Pomembni rezultati MIB vključujejo optimizacijo robustnih in kompaktnih svetlobnih virov (del zaledne instrumentacije) in integracijo več hitrih optičnih slikovnih sond (ki združujejo OCT, MPM in Ramanovo spektroskopijo) v prototipni citoskopski dostavni modul (z biokompatibilnim oplaščenje). Čeprav se nadaljnje raziskave in razvoj nadaljujejo zunaj okvira MIB, je konzorcij naredil tudi prve korake k validaciji z laboratorijskim testiranjem (ex vivo in in vitro) in v zgodnji fazi vivo klinična študija, ki je vključevala 20 bolnikov.

Sodelovanje na področju optične fizike je namenjeno zgodnji diagnozi raka požiralnika

»MIB in PROSCOPE sta si zelo podobna,« ugotavlja Andersen. Oba projekta na primer obravnavata raka z visoko stopnjo incidence in se oba zanašata na endoskopsko dostavo – dejavnike, ki so omogočili obsežen prenos znanja in portfelj temeljnih platformnih tehnologij, ki zajemajo delovna programa MIB in PROSCOPE.

»Poleg tega,« zaključuje Andersen, »zahvaljujoč našemu sodelovanju z Medicinsko univerzo na Dunaju in našimi industrijskimi partnerji smo pridobili tudi podrobno razumevanje regulativnega okolja. Pravzaprav je PROSCOPE zdaj del širšega inovacijskega ekosistema, ki nam bo omogočil dobavo naprednih medicinskih pripomočkov za izpolnjevanje regulativnih odobritev, potrebnih za klinično prevajanje in navsezadnje rutinsko uporabo v diagnostičnem okolju.«

• Za dodatne informacije si oglejte strani projekta PROSKOP (št. pogodbe o dodelitvi sredstev 871212) in MIB-ji (št. pogodbe o dodelitvi sredstev 667933).

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/multimodal-optical-imaging-ready-to-shine-in-the-early-detection-of-colorectal-cancer/