С целью облегчить хирургам обнаружение злокачественной ткани во время операции и, как мы надеемся, снизить частоту рецидивов рака, ученые изобрели новую систему визуализации, которая заставляет опухоли "загораться" когда на них направлен ручной лазер.
"Цель хирурга во время операции по поводу рака – удалить опухоль, а также достаточное количество окружающих тканей, чтобы не осталось злокачественных клеток," сказал Аарон Моос, доктор философии.D., доцент кафедры регенеративной медицины в Баптистском медицинском центре Уэйк Форест и соавтор системы. "Но как они узнают, что они удалили достаточно ткани? Наша цель – предоставить более точную информацию в режиме реального времени для проведения операции."
Опубликованный в Интернете перед печатью в журнале IEEE Transactions on Biomedical Engineering (TBME), Моос и соавторы сообщают о своей системе-прототипе, которая сочетает в себе флуоресцентный краситель, который локализуется в опухолях, с системой визуализации в реальном времени, которая позволяет хирургу просто просматривать экран различать нормальную ткань и "зажженный" злокачественная ткань.
Как у мышей, так и у собак-компаньонов с опухолями ученые обнаружили, что флуоресцентный краситель накапливается в опухолях на более высоких уровнях, чем в окружающей ткани, и система смогла обнаружить четкую границу между нормальной и опухолевой тканями. Известно, что опухоли собак похожи на опухоли человека по архитектуре, и собаки получают те же типы опухолей, что и люди.
Ученые работают над дальнейшим развитием системы, чтобы ее можно было оценить на людях.
Современные технологии позволяют хирургам-онкологам сканировать опухоли перед операцией с помощью магнитно-резонансной томографии и других систем. Однако сканирование опухоли во время операции предполагает перемещение пациента с операционного стола в аппарат, что продлевает время операции.
"Возможность быстрого сканирования опухоли во время операции для визуализации опухолевой ткани из неопухолевой ткани является неудовлетворенной клинической потребностью," сказал Моос. "Методы патологии, которые исследуют ткань опухоли во время операции, могут занять до 20 минут, и они сосредоточены на ткани, удаленной во время операции, а не на ткани, которая остается в организме."
В TBME авторы отметили, что идеальная система должна находить границы опухоли с высокой чувствительностью, иметь минимальное влияние на время операции и хирургическую технику, представлять результаты интуитивно понятным образом и избегать использования ионизирующего излучения или специальной среды визуализации, такой как МРТ. машины.
Система, изобретенная Моосом, Майклом С. Манчини в Spectropath Inc., и Шуминг Не из Университета Эмори и Технологического института Джорджии объединяет два типа визуализации. Лазер под контролем хирурга можно направить на любую интересующую область. Кроме того, над операционным полем расположена система визуализации с тремя камерами. Изображения, записанные обеими системами, обрабатываются для отображения составного изображения.
Используя эту систему, хирург будет сканировать опухоль перед операцией, чтобы определить ее границы. Затем опухоль будет удалена хирургическим путем, и область будет повторно сканирована, чтобы оценить оставшуюся злокачественную ткань. Если будет обнаружена пораженная ткань, она будет удалена, и процесс будет повторяться до тех пор, пока больная ткань не перестанет обнаруживаться.
В прототипе системы, опубликованной в TBME, ученые использовали индоцианиновый зеленый краситель в качестве источника флуоресценции. Они отметили, что будущие исследования будут сосредоточены на более эффективных флуоресцентных красителях и наночастицах, которые могут быть нацелены на определенные опухоли.
Недавно Моос был награжден премией в 1 доллар.37 миллионов исследовательский грант от Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии на проект по оптимизации системы и ее испытанию на грызунах.
В рамках четырехлетнего проекта команда Мооса разработает наночастицы на основе гиалуроновой кислоты, вещества, естественным образом присутствующего в организме человека. Эти наночастицы будут улавливать флуоресцентные красители в ближнем инфракрасном диапазоне. В ходе исследования будет изучена инвазивная протоковая карцинома, самый распространенный тип рака груди.
В рамках проекта исследователи сосредоточатся на оптимизации загрузки красителя, определении того, как можно активировать флуоресценцию, и проведении исследований на грызунах для оценки безопасности и уменьшения рецидивов заболевания.