在癌癥的手術(shù)治療中，區(qū)分腫瘤和健康組織至關(guān)重要。通過(guò)在手術(shù)過(guò)程中增強(qiáng)腫瘤的對(duì)比度，熒光標(biāo)記可以幫助做到這一點(diǎn)。一些標(biāo)記物顯示出一種稱為“延遲熒光”(DF)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象依賴于檢測(cè)“缺氧”(或低氧濃度)，這種情況通常由腫瘤呈現(xiàn)。
缺氧的實(shí)時(shí)成像可以在腫瘤和健康細(xì)胞之間提供高對(duì)比度。這可以讓外科醫(yī)生有效地切除腫瘤。然而，用于手術(shù)指導(dǎo)的實(shí)時(shí)缺氧成像尚未實(shí)現(xiàn)。
在發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)雜志》(O) 上的一項(xiàng)新研究中，研究人員提出了一種光學(xué)成像系統(tǒng)，可以對(duì)呈現(xiàn)慢性或短暫缺氧的腫瘤的組織氧濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用稱為原卟啉 IX (PpIX) 的內(nèi)源性分子實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，該分子在紅色至近紅外區(qū)域顯示 DF。
“這是一個(gè)真正獨(dú)特的組織局部氧分壓報(bào)告器。PpIX 在大多數(shù)組織中由線粒體內(nèi)源性合成，DF 發(fā)射的特殊性質(zhì)與低微環(huán)境氧濃度直接相關(guān)，”醫(yī)學(xué)主席 Brian Pogue 解釋說(shuō)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理學(xué)，達(dá)特茅斯學(xué)院工程科學(xué)教授，該研究的高級(jí)作者。“健康細(xì)胞幾乎不會(huì)顯示 DF，因?yàn)樗诜肿友醯拇嬖谙聲?huì)被淬滅。”
檢測(cè) DF的技術(shù)挑戰(zhàn)在于其強(qiáng)度低;背景噪聲使得沒(méi)有單個(gè)光子檢測(cè)器就很難檢測(cè)到。
該團(tuán)隊(duì)使用高度敏感的時(shí)間門控成像系統(tǒng)克服了這個(gè)問(wèn)題，該系統(tǒng)僅允許在指定的時(shí)間窗口內(nèi)檢測(cè)信號(hào)。這極大地降低了背景噪聲，并實(shí)現(xiàn)了氧分壓 (pO2) 隨采集的 DF 信號(hào)變化的寬視場(chǎng)直接映射。結(jié)果是實(shí)時(shí)的代謝信息，是手術(shù)指導(dǎo)的有用地圖。
主要作者、達(dá)特茅斯學(xué)院工程科學(xué)博士生 Arthur Petusseau 解釋說(shuō)：“在快速連續(xù)循環(huán)中同時(shí)獲得即時(shí)和延遲熒光，可以以一種獨(dú)立于 PpIX 濃度的方式對(duì)氧氣水平進(jìn)行成像。”
Petusseau 的團(tuán)隊(duì)使用表現(xiàn)出缺氧腫瘤的胰腺癌小鼠模型證明了他們的技術(shù)的有效性。從癌細(xì)胞中獲得的 DF 信號(hào)比從周圍健康含氧組織中獲得的信號(hào)強(qiáng)五倍以上。當(dāng)在成像前觸診組織以進(jìn)一步增強(qiáng)瞬時(shí)缺氧時(shí)，信號(hào)對(duì)比度進(jìn)一步增強(qiáng)。
根據(jù)蒙特利爾理工學(xué)院工程物理學(xué)教授和 O 副主編 Frédéric Leblond 的說(shuō)法，“Petusseau 團(tuán)隊(duì)報(bào)告的結(jié)果表明，缺氧成像是一種在癌癥治療中識(shí)別腫瘤的有效方法。PpIX DF 檢測(cè)使用一種已知的臨床染料和一種已經(jīng)-批準(zhǔn)的人體標(biāo)記物，具有巨大的手術(shù)指導(dǎo)潛力等。”
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