Fluorescência retardada como método de imagem para remoção cirúrgica eficaz de tumor

O sinal obtido das células cancerosas foi mais de cinco vezes mais forte do que o dos tecidos oxigenados saudáveis ​​circundantes. O tecido canceroso reoxigena mais lentamente do que o tecido saudável, então a palpação antes da imagem amplifica o contraste. Após 70 segundos, a hipóxia do tecido tumoral à direita é mais claramente visível por meio de imagens de fluorescência tardia. Crédito: Revista de Óptica Biomédica (2022). DOI: 10.1117/1.JBO.27.10.106005

No tratamento cirúrgico do câncer, a distinção entre tumores e tecidos saudáveis ​​é fundamental. Marcadores fluorescentes podem ajudar a fazer isso, aumentando o contraste dos tumores durante a cirurgia. Alguns marcadores mostram um fenômeno chamado “fluorescência retardada” (DF) que se baseia na detecção de “hipóxia” (ou baixa concentração de oxigênio), uma condição frequentemente apresentada por tumores.

A imagem em tempo real da hipóxia pode fornecer um alto contraste entre tumores e células saudáveis. Isso pode permitir que os cirurgiões removam o tumor efetivamente. No entanto, a imagem de hipóxia em tempo real para orientação cirúrgica ainda não foi alcançada.

Em um novo estudo publicado em Revista de Óptica Biomédica (JBO), os pesquisadores propuseram um sistema de imagem óptica que permite imagens em tempo real da concentração de oxigênio nos tecidos para tumores que apresentam hipóxia crônica ou transitória. A equipe conseguiu isso usando uma molécula endógena chamada protoporfirina IX (PpIX), que exibe DF na região do vermelho ao infravermelho próximo.

“Este é um relator verdadeiramente único da pressão parcial de oxigênio local nos tecidos. A PpIX é sintetizada endogenamente pelas mitocôndrias na maioria dos tecidos, e a propriedade particular da emissão de DF está diretamente relacionada à baixa concentração de oxigênio microambiental”, explica Brian Pogue, presidente do Medical Física na Universidade de Wisconsin-Madison, Professor Adjunto de Ciências da Engenharia no Dartmouth College e autor sênior do estudo. “As células saudáveis ​​mostrarão pouco ou nenhum DF, porque é extinta na presença de oxigênio molecular”.

o desafio técnico na detecção de DF é devido à sua baixa intensidade; barulho de fundo dificulta a detecção sem um único detector de fótons.

A equipe superou esse problema usando um sistema de imagem altamente sensível, que permite a detecção de sinal apenas dentro de uma janela de tempo especificada. Isso reduz bastante o ruído de fundo e permite um mapeamento direto de campo amplo da pressão parcial de oxigênio (pO₂) muda com o sinal DF adquirido. O resultado são informações metabólicas em tempo real, um mapa útil para orientação cirúrgica.

O autor principal Arthur Petusseau, doutorando em Ciências da Engenharia no Dartmouth College, explica que “adquirir fluorescência imediata e atrasada em um ciclo sequencial rápido permitiu a geração de imagens níveis de oxigênio de uma forma que era independente da concentração de PpIX.”

A equipe de Petusseau demonstrou a eficácia de sua técnica usando modelos de camundongos de câncer pancreático, que apresentavam tumores hipóxicos. O sinal DF obtido das células cancerosas foi mais de cinco vezes mais forte do que o dos tecidos oxigenados saudáveis ​​circundantes. O contraste do sinal foi aumentado ainda mais quando os tecidos foram palpados antes da imagem para aumentar ainda mais a hipóxia transitória.

De acordo com Frédéric Leblond, Professor de Engenharia Física da Polytechnique Montréal e Editor Associado do JBO, “Os resultados relatados pela equipe de Petusseau sugerem hipóxia imagem como uma abordagem eficiente para identificar tumores no tratamento do câncer. A detecção PpIX DF usa um corante clínico conhecido e um marcador humano já aprovado, com grande potencial para orientação cirúrgica e muito mais.”

Petusseau observa que a imagem de pO₂ nos tecidos também poderia permitir o controle do metabolismo tecidual. Isso, por sua vez, nos ajudaria a entender melhor a bioquímica envolvida na oxigênio abastecimento e consumo.