荧光成像系统为更好地切除肿瘤奠定了基础

研究人员开发了一种低成本、简单的成像系统，使用肿瘤靶向荧光分子来确定肿瘤细胞在体内的深度。这种便携式系统最终可以帮助外科医生在移除肿瘤时，以更高的精度区分健康组织和癌组织。

医生可以使用荧光分子在肿瘤进行切除癌症细胞点燃，这样外科医生就能看到是否有癌变组织残留。然而，这项技术所必需的设备并不是很容易获得，通常也不能提供关于癌细胞在组织内部有多深的定量信息。获得深度信息将有助于外科医生移除肿瘤周围完整的健康组织层，这已被证明为患者提供了最好的结果。

圣路易斯华盛顿大学医学院Samuel Achilefu实验室的研究小组负责人Christine M. O'Brien说:“少数能够提供定量深度信息的商业系统体积大且价格昂贵，限制了大型医疗中心以外的使用。”“我们的团队建立在该领域先前工作的基础上，开发了一种低成本、简单的系统，可以使用近红外(NIR)荧光探针快速确定肿瘤细胞的深度。”

研究人员描述了他们的新系统生物医学光学快车．这种便携且易于使用的系统可用于资源匮乏的临床中心，有助于最大限度地减少健康差异。

O'Brien说:“这样的系统在未来可以用于改善接受肿瘤切除的患者的手术结果。”“这也将避免在肿瘤切除后，在确认癌细胞是否仍然存在之前，需要等待病理结果。”

点亮癌症

研究表明，如果外科医生不仅切除肿瘤，而且还切除肿瘤周围的一层健康组织，那么癌症的手术治疗往往是最成功的。然而，这可能很困难，因为很难确定肿瘤结束和健康组织开始之间的边界。此外，健康层的最佳厚度取决于肿瘤类型和位置。

为了帮助完成这一任务，O'Brien领导的Achilefu实验室研究小组开发了一种基于在肿瘤切除过程中应用单一荧光染料的新仪器，然后可以被穿透组织不同深度的两种不同的nir波长激发。发射的nir荧光可以通过组织成像，允许在表面以下1到2厘米处检测到癌细胞。

双波长激发荧光利用了不同颜色或波长的光在组织内传播不同距离的事实。通过用不同波长的光照射肿瘤靶向荧光分子并比较它们的反应，有可能预测肿瘤靶向药物在组织中的位置有多深。

“多个研究小组为将荧光团深度与比率荧光测量联系起来的数学关系的发展做出了贡献，”O'Brien说。“用于医学的近红外造影剂的激增，鼓励我们在先前工作的基础上，创建一个适用于医学的系统近红外而且这种方法成本低，使用简单。”

建立双波长系统

新的荧光成像系统使用730 nm和780 nm led提供两种波长的激发光和单色CMOS相机来检测产生的荧光。一个850纳米LED也被纳入创建一个亮场图像，使荧光图像与真实的组织视图相关联。

研究人员决定使用一种名为LS301的实验药物作为癌症靶向红外探针，这种药物可以在肿瘤切除过程中使用，由Achilefu实验室开发，因为它具有广泛的激发光谱，无需使用多个荧光团，否则会使临床应用更加复杂。LS301目前正在乳腺癌患者中进行临床试验。

经过对系统的分层测试合成材料对于鸡肉切片，研究人员评估了它预测小鼠乳腺肿瘤深度的能力。这是通过给小鼠注射LS301，然后使用该系统对它们进行成像来完成的。捕捉必要的图像需要5分钟。基于这些图像的计算与肿瘤的真实深度有很好的相关性，显示平均误差仅为0.34 mm，这可能是可接受的临床使用．

研究人员现在正在努力使该系统通过加快速度在手术指导方面更有用数据处理并增加额外的自动化系统，以便它可以扫描整个组织表面。