手术切除癌组织是一种常用的治疗方法，用于降低癌症扩散到健康组织的可能性。 然而，这种手术的疗效在很大程度上取决于外科医生区分癌组织和健康组织的能力。
众所周知，癌变组织和健康组织的代谢活动存在显着差异：癌变组织通常具有混乱的血流以及低水平的氧气或缺氧。 由于癌组织中常见缺氧区域，准确识别缺氧有助于在手术过程中区分癌组织和健康组织。
研究人员 达特茅斯塞耶工程学院 和 美国威斯康星大学麦迪逊分校 正在研究使用荧光探针对手术过程中组织中的局部氧浓度进行实时成像。 他们在 生物医学光学杂志.
当荧光探针被光激发时，它们会回到基态并以不同的能量发光。 光照后，探针会立即发出短光脉冲，称为瞬发荧光。 一些探针也可以在照射后的某个时间产生延迟的荧光信号。
尽管瞬发荧光信号和延迟荧光信号都会随时间衰减，但与延迟荧光的长时间衰减相比，瞬发荧光信号衰减迅速。 可以进一步观察和分析延迟的荧光信号衰减，以更好地了解附近组织的代谢活动。
实时氧合评估
第一作者 亚瑟·佩图索 及其同事利用光学成像系统监测存在缺氧区域的胰腺癌小鼠模型中内源性分子探针原卟啉 IX (PpIX) 发出的光。
研究人员将 PpIX 作为拓扑软膏或通过注射到动物的侧面进行管理，并使用 635 nm 调制激光二极管作为激发源产生荧光。 他们发现延迟荧光与提示荧光的比率与组织中的局部氧分压成反比。
延迟荧光信号的弱强度使其在技术上难以检测。 为了克服这个问题，研究人员使用了一种时间门控成像系统，该系统可以仅在较小的时间窗口内对荧光信号进行顺序监测。 这使他们能够减少背景噪声的检测并准确监测延迟荧光信号的变化。
进一步的分析表明，从癌细胞缺氧细胞获得的延迟荧光信号比从健康、氧合良好的组织获得的信号高五倍。 此外，该团队还发现，延迟的荧光信号可以通过组织触诊（在体检时对皮肤施加压力）进一步放大，从而增强短暂的缺氧并使两种信号之间形成时间对比。
“因为大多数肿瘤都存在微区域缺氧，来自 PpIX 延迟荧光的缺氧信号成像可以在正常组织和肿瘤之间形成极好的对比，”Petusseau 说。
多模态光谱检测脑肿瘤 体内
研究人员得出结论，监测由于 PpIX 荧光探针在缺氧情况下的独特发射而产生的延迟荧光对于在手术过程中区分健康组织和癌变组织有几个好处。 “在快速连续循环中同时获取提示和延迟荧光，可以以独立于 PpIX 浓度的方式对氧气水平进行成像，”他们说。
“所需的简单技术、快速的帧速率能力以及 PpIX 的低毒性使得这种对比度机制适用于人类。 它在未来可以很容易地用作肿瘤手术指导的内在对比机制，”Petusseau 说。
