O sistema de imagem de fluorescência estabelece as bases para uma melhor remoção do tumor

Os pesquisadores desenvolveram um sistema de imagem simples e de baixo custo que usa moléculas fluorescentes direcionadas ao tumor para determinar a profundidade das células tumorais no corpo. O sistema portátil pode eventualmente ajudar os cirurgiões a distinguir entre tecido saudável e canceroso com maior precisão ao remover um tumor.

Os médicos podem usar moléculas fluorescentes durante tumor ressecção para fazer células cancerosas acender para que o cirurgião possa ver se algum tecido canceroso permanece. No entanto, o equipamento necessário para essa técnica não é amplamente acessível e normalmente não fornece informações quantitativas sobre a profundidade do tecido em que as células cancerígenas residem. Ter acesso a informações detalhadas ajudaria os cirurgiões a remover uma camada completa de tecido saudável ao redor do tumor, o que demonstrou fornecer os melhores resultados possíveis para os pacientes.

“Os poucos sistemas comerciais que fornecem informações quantitativas de profundidade são grandes e caros, limitando o uso fora dos grandes centros médicos”, disse a líder da equipe de pesquisa, Christine M. O’Brien, do Laboratório de Samuel Achilefu da Escola de Medicina da Universidade de Washington em St. Louis. “Nosso grupo se baseou em trabalhos anteriores neste campo para desenvolver um sistema simples e de baixo custo que pode determinar rapidamente a profundidade das células tumorais usando sondas fluorescentes de infravermelho próximo (NIR)”.

Os pesquisadores descrevem seu novo sistema em Óptica Biomédica Expressa. O sistema portátil e fácil de usar poderia ser usado em centros clínicos de poucos recursos, o que poderia ajudar a minimizar as disparidades de saúde.

“Sistemas como este podem ser usados ​​no futuro para melhorar os resultados cirúrgicos de pacientes submetidos à remoção de tumores”, disse O’Brien. “Isso também evitaria a necessidade de esperar pelos resultados da patologia antes de confirmar se as células cancerígenas ainda estão presentes após a remoção do tumor”.

Iluminando o câncer

A pesquisa mostrou que os tratamentos cirúrgicos para o câncer tendem a ser mais bem-sucedidos se os cirurgiões removerem não apenas o tumor, mas também uma camada saudável de tecido que o envolve completamente. No entanto, isso pode ser difícil porque é difícil identificar as margens entre onde o tumor termina e o tecido saudável começa. Além disso, a espessura ideal da camada saudável depende do tipo e localização do tumor.

Para ajudar nessa tarefa, a equipe de pesquisa do Achilefu Lab liderada por O’Brien desenvolveu um novo instrumento baseado na aplicação de um único corante fluorescente durante a ressecção do tumor, que pode ser excitado por dois comprimentos de onda NIR diferentes que penetram em diferentes profundidades no tecido. A fluorescência NIR emitida pode ser visualizada através do tecido, permitindo que as células cancerígenas sejam detectadas 1 a 2 centímetros abaixo da superfície.

A fluorescência de excitação de duplo comprimento de onda usa o fato de que diferentes cores, ou comprimentos de onda, da luz percorrerão diferentes distâncias dentro do tecido. Ao iluminar moléculas fluorescentes direcionadas ao tumor com diferentes comprimentos de onda de luz e comparar suas respostas, é possível prever a profundidade dos agentes direcionados ao tumor no tecido.

“Vários grupos de pesquisa contribuíram para o desenvolvimento de relações matemáticas que ligam a profundidade do fluoróforo às medições de fluorescência raciométricas”, disse O’Brien. “A onda de agentes de contraste de infravermelho próximo que estão sendo desenvolvidos para uso em medicina nos encorajou a desenvolver trabalhos anteriores e criar um sistema que funcione no próximo ao infravermelho e que também é de baixo custo e simples de usar.”

Construindo um sistema de comprimento de onda duplo

O novo sistema de imagem de fluorescência usa LEDs de 730 nm e 780 nm para fornecer os dois comprimentos de onda da luz de excitação e uma câmera CMOS monocromática para detectar a fluorescência resultante. Um LED de 850 nm também foi incorporado para criar uma imagem de campo claro que permite que as imagens de fluorescência sejam correlacionadas com a visão do mundo real do tecido.

Os pesquisadores decidiram usar um agente experimental chamado LS301, que pode ser administrado durante a ressecção do tumor, desenvolvido no Laboratório Achilefu, como sonda infravermelha direcionada ao câncer, pois seu amplo espectro de excitação evita a necessidade de usar mais de um fluoróforo, o que teria tornou a aplicação clínica mais complexa. O LS301 está atualmente passando por testes clínicos em pacientes com câncer de mama.

Depois de testar o sistema em camadas materiais sintéticos e fatias de frango, os pesquisadores avaliaram sua capacidade de prever a profundidade de um tumor a partir de tumores de mama cultivados em camundongos. Isso foi feito injetando os camundongos com LS301 e, em seguida, visualizando-os usando o sistema. Capturar as imagens necessárias levou 5 minutos. Os cálculos baseados nessas imagens correlacionaram-se bem com a profundidade real do tumor, mostrando um erro médio de apenas 0,34 mm, o que provavelmente é aceitável para uso clínico.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para tornar o sistema ainda mais útil para orientação cirúrgica, acelerando processamento de dados e adicionando automação adicional ao sistema para que ele possa digitalizar todo o tecido superfície.