Abstract
Innledning
Definere svulst fra ikke-svulstvev er en av de store utfordringene for kreft kirurgi . Kirurger er avhengig av visuelle og taktile ledetråder for å velge hvilke vev bør fjernes fra en pasient. Nylig har vi og andre hypotese nær-infrarødt (NIR) bildebehandling kan brukes under operasjonen for å skille svulster fra normalt vev.
Metoder
Vi har registrert 8 hunder og 5 mennesker som gjennomgår kreft kirurgi for NIR imaging. Pasientene ble injisert med indocyanine grønn (ICG), godkjente en FDA ikke-reseptor spesifikk NIR fargestoff som akkumuleres i hyper vev, 16-24 timer før operasjonen. Under operasjonen ble NIR avbildning brukt til å diskriminere tumoren fra ikke-tumorvev.
Resultatene
NIR avbildning identifisert alle tumorer med en midlere signal-til-bakgrunnsforhold på 6,7. Optiske bilder var nyttig under en operasjon i diskriminerende normalt vev fra kreft. I løpet av 3 canine saker og en human tilfelle ble vevet rundt tumoren betent på grunn av obstruksjon av den vaskulære tilførsel på grunn av masseeffekt. I slike tilfeller kan NIR bilde ikke skille svulstvev fra vev som var overbelastet, edematous og inneholdt ikke kreft.
Konklusjoner
Denne studien viser at NIR bilde kan identifisere svulster fra normalt vev, gir god vev kontrast, og det letter reseksjon av svulster. Men i situasjoner hvor det er betydelig peritumoral betennelse, er ikke nyttig NIR bildebehandling med ICG. Dette tyder på at ikke-målrettede NIR fargestoffer som akkumuleres i hyper vev vil ha betydelige begrensninger i fremtiden, og reseptor-spesifikke NIR fargestoffer kan være nødvendig for å overvinne dette problemet
Citation. Holt D, Okusanya O, Judy R, Venegas O, Jiang J, DeJesus E et al. (2014) Intraoperativ nær-infrarøde Imaging kan skille Cancer fra normalt vev, men ikke Betennelse. PLoS ONE 9 (7): e103342. doi: 10,1371 /journal.pone.0103342
Redaktør: Gabriele Multhoff, Technische Universitaet Muenchen, Tyskland
mottatt: 22 januar 2014; Godkjent: 30 juni 2014; Publisert: 29.07.2014
Copyright: © 2014 Holt et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av den amerikanske Surgical Association (SS) og National Institutes of Health Transformative R01 CA163256-01 (DH, MW, SN, SS). Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:. Forfatterne har lest journalen politikk og har følgende konflikter: SN er en konsulent for SpectroPath, Inc., et oppstartsselskap i Atlanta, GA å utvikle avanserte instrumentering og nanopartikkel kontrastmidler for bildestyrt kirurgi. SN konsulent endrer ikke forfatternes tilslutning til PLoS ONE politikk på deling av data og materialer.
Innledning
Kirurgi er den mest effektive behandlingen for solide svulster i USA, og halvparten av alle kreftpasienter operert med kurativ hensikt. [1] Men til tross for en «helbredende» kirurgisk reseksjon, 20-50% av pasientene som gjennomgår kirurgi utvikle lokale tilbakefall. [1] pasienter som utvikler et lokalt tilbakefall har en betydelig redusert 5-yr overlevelse. [1], [2]
Lokale residiv er grunn til kreftceller som er igjen bak på tidspunktet for operasjonen. Små diskrete svulster i faste organer kan vanligvis fjernes med gode resultater. På den annen side, som avgrenser kantene av tumor (tumoravgrensninger) er spesielt utfordrende i kreftformer som har invadert tilstøtende strukturer eller har utviklet peritumoral endringer på grunn av vaskulær obstruksjon. Disse reseksjoner er mer sannsynlig å være mislykket og til å utvikle lokale tilbakefall. Kirurger bruker vanligvis brutto (makroskopiske) undersøkelse av svulsten ved hjelp av visuell inspeksjon og finger palpasjon å definere tumoravgrensninger. Men i mange tilfeller er denne tilnærmingen oppnår tumor-negative kirurgiske marginer bare 50% av tiden. [3], [4] Kirurger kan også bruke intraoperativ patologi konsultasjon. Men intraoperativ frosne delen presenterer sitt eget sett med problemer inkludert tekniske utfordringer frysing vev, vev gjenstander av frysing, kostnader, tap av vev i mindre prøver for permanent delen diagnose, og mangel på tilgjengelighet i «real-time».
Mange grupper har begynt å undersøke intraoperativ nær-infrarødt (NIR) avbildning for å identifisere tumorer. [5], [6], [7], [8], [9], [10] NIR avbildning er et lavt -Energi tilnærming, noe som gjør det trygt for kirurgen, pasienten og operasjonsteamet. Det er flere NIR-kontrastmidler, men den eneste for tiden FDA godkjent farvestoff er indocyanine grønn (ICG). ICG er godt tolerert og kan injiseres inn i pasienter for NIR kreft avbildning. [11], [12], [13] Det er ikke reseptor-spesifikke, men i stedet diffunderer inn i svulster på grunn av forskjeller i vaskulære og lymfatiske trykk. [5 ] ICG avbildning er ikke mulig for de fleste diagnostiske anvendelser på grunn av den manglende vev penetrasjon av det utsendte lys gjennom huden. Men når kroppens hulrom er åpen, kan NIR bildebehandlingsenheter oppdage ICG på dybder på 10-15 mm i vev. [14]
Vi antok at NIR avbildning ved hjelp ICG kan være i stand til å identifisere svulster i løpet av kreftkirurgi . For å teste vår hypotese, gjennomførte vi en pilotstudie på flere kreft modeller og menneskelige tilfeller av solide svulster. Vi fant at NIR bildediagnostikk er en fornuftig tilnærming til å identifisere svulster i solide organer. Det gir god kontrast mellom normalt vev og kreftvev og er godt visualisert intraoperativt. Men i situasjoner hvor svulster utvikler rundt betennelsesforandringer, er NIR bildebehandling i stand til å diskriminere ikke-kreft fra kreftvev.
Materialer og metoder
Cellelinjer
murine esophageal carcinoma cellelinje, AKR, ble avledet fra mus esophageal skjellepitel med Cyclin D1 i forhold til ekspresjon via Epstein-Barr virus ED-L2-promoteren i p53-mangelfulle genetiske bakgrunner og var en generøs gave fra Dr. Anil Rustgi (University of Pennsylvania). [15 ] Den murine lungekreft cellelinje, TC1, ble avledet fra mus lunge epitelceller udødeliggjort med HPV-16 E6 og E7 og transformert med c-Ha-ras onkogen og var en sjenerøs gave fra Dr. Steve Albelda (University of Pennsylvania) . [16] Den metastatisk NSCLC-cellelinjen, muse-Lewis lungekarsinom (LLC), ble erholdt fra American Type Culture Collection (ATCC) (Manassas, VA). AE17 er en asbest-avledet murin mesothelioma cellelinje og var en generøs gave fra Dr. Steve Albelda (University of Pennsylvania [17]. EL4 ble oppnådd fra ATCC og er avledet fra et mus lymfom indusert av 9,10-dimetyl-1, 2-benzanthracene eksponering. 4T1 også innhentet fra ATCC, er en metastatisk murine brysttumor linje som er 6-tioguanin motstandsdyktig.
Bortsett TC1 og AE17, cellelinjer ble dyrket og vedlikeholdes i høy glukose DMEM (Dulbeccos Modified Eagles medium, Mediatech, Washington, DC) supplementert med 10% føtalt bovint serum (FBS;. Georgia Biotechnology, Atlanta, GA), 1% penicillin /streptomycin, og 1% glutamin TC1 og AE17-cellelinjene ble dyrket i RPMI (RPMI 1640 medium, Media, Washington DC) 10% FBS, 1% penicillin /streptomycin, og 1% glutamin. Cellelinjer linjer~~POS=HEADCOMP ble regelmessig testet og vedlikeholdt negative for
Mycoplasma spp
.
Reagenser
Pharmaceutical grade indocyanine grønn (ICG) ble kjøpt fra Akorn Inc. (IC-gREEN, NDC 17478-701-02, Lake Forest, IL). C57BL /6 mus fikk 7,5 mg /kg ICG hette nålevenen 16-24 timer før operasjonen. [6] Hunder og mennesker fikk 5 mg /kg ICG injiserende 24 timer før operasjonen.
fluorescerende bildesystemer
Den håndholdte nær infrarødt bildedannende system er tidligere blitt beskrevet i detalj. [18] i korte trekk, ble et Raman Probe detektor inkorporert i en sylindrisk rustfri stålprøvetakingshode integrert med en 5 m, to-fiberkabel ; en laser for magnetisering og den andre for lett samling. Prøvetakingen hodet og fiberkabel ble koblet via en FC-kontakt til et spektrometer. Den kombinerte prøvetakingshode og spektrometer system har et bølgelengdeområde på 800-930 nm med 0,6 nm spektral oppløsning for nær-infrarødt (NIR) fluorescens-måling. Eksitasjonslyset ble levert av en 785 nm, 100 mW kontinuerlig-bølge laser diode. Alle målinger ble tatt med en 0,1 andre integrasjonstiden og etterleves på en datamaskin ved hjelp av proprietær programvare. Dette system ble anvendt for alle hunde undersøkelser, men bare
ex vivo
hos mennesker.
Den optiske NIR bildebehandlingsenheten ble utviklet i vårt laboratorium. [19] Kort beskrevet, inneholder anordningen en 740 nm LED montert på et kjølelegeme. Emisjonsspektra lys fra vevet passerer gjennom et 780 nm båndpassfilter til et CCD-kamera. En datamaskin viser bilder gjennom PixeLINK Capture OEM-programvare. Hele systemet er koblet til en metall plattform som kan enten holdes på plass ved hjelp av en ring stativ eller holdt av kirurgen ved hjelp av et håndtak adapter (utviklet av Marc Singer, BioMediCon ©, Moorestown, NJ). Hver avbildes er tatt to ganger, en gang i lyse felt og en gang i fluorescens. Disse bildene er behandlet og kledde.
histokjemi
Vev ble høstet og delt i to med en halv enten plassert i Tissue-Tek oktober og lagret ved -80 ° C eller i formalin for parafin seksjonering. For å detektere endotelceller, ble monoklonale CD31 (mAB390) [20] hevet fra hybridoma supernatanten og renset. Frosne tumorsnitt ble fremstilt som tidligere beskrevet. [21] CD31-ekspresjon ble kvantifisert ved å telle antallet positivt å merke celler i fire høy-drevet (x 400) felt. [22]
Murine Studies
Kvinne C57BL /6 (B6, Thy1.2) og BALB /c-mus ble innkjøpt fra Charles River Laboratories og Jackson Laboratories. Alle mus ble opprettholdt i patogenfrie forhold og brukes til eksperimenter på alderen 8 uke eller eldre. Animal Care og bruk komiteer av Barnas Hospital of Philadelphia og University of Pennsylvania godkjent alle murine protokoller i samsvar med Guide for omsorg og bruk av forsøksdyr (Protokoll 804 894). Tumorceller for subkutane injeksjoner ble suspendert i 100 ul PBS. Tumor volum ble beregnet ved hjelp av formelen (π x lang-aksen x short-aksen
2) /6.
Kirurgi ble utført på mus med flanke svulster ved hjelp av en etablert partiell reseksjon modellen. [23] Surgery ble utført når tumorer nådde rundt 200 mm3. Mus ble anestetisert med intramuskulær ketamin (80 mg /kg) og xylazin (10 mg /kg), barbert, og det kirurgiske felt steriliseres før kirurgi. Til å begynne med ble musene avbildes for å detektere NIR signal og deretter senere en 1 til 2 cm innsnitt ble gjort i tilknytning til tumoren og svulsten ble eksponert ved bruk av standard sløv disseksjon teknikk. Etter bildebehandling, ble snittet lukkes med steril silke 4-0 sting. Buprenorfin (0,2 mg /kg) ble administrert ved tidspunktet for kirurgi og 6 timer postoperativt for å gi analgesi. Preoperativ behandling var ukjent for undersøkeren utføre kirurgi og gjør tumormålinger.
Canine studiedesign
Mellom juni 2011 og april 2012, 8 påfølgende hunder med primære lungesvulster som ble ansett kirurgiske kandidater ble rekruttert fra University of Pennsylvania School of Veterinary Medicine. Hunden Studien ble godkjent av universitetets Institutional Animal Care og bruk komité. Samtykket Dokumentet ble godkjent av Veterinary School Privateid Animal protokollutvalget og skriftlig informert samtykke ble innhentet fra alle eiere (protokoll 802 853). På tidspunktet for kirurgi, en standard-of-care torakotomi og pulmonal reseksjon utført. Den berørte lunge lapp ble fjernet ved anvendelse av en kirurgisk stiftemaskin (V3, Covidien, Mansfield, MA).
Under drift, intraoperativ bildesystem ble brukt for å inspisere brystet før det pulmonale reseksjon og etter pulmonal reseksjon. Enhetene ble drapert med sterile plast og ble brukt til bilde primærtumor
in situ
. Fluorescens-avlesninger ble tatt fra sentrum av tumoren, grovt normal lunge i det berørte lapp eller, i tilfelle av store tumorer, grovt normal lunge i ipsilaterale fliker. Svulsten periferien ble fotografert i 4 radielle retninger, utpekt til 12, 3, 6 og 9 o’clock stillinger. Grovt normal lunge 5 mm og 10 mm som strekker seg bort fra tumoren periferien ble deretter avbildes. De fluoriserende marginer ble merket med sutur.
Etter fjerning av alle vev, prøvene ble re-avbildes
ex vivo
før du sender dem til patologi. Alle vev ble så fiksert i 10% formalin, innstøpt i parafin, seksjonert, og evaluert av et styre sertifisert veterinær patolog. Tumormarginer, bestemmes av fluorescens og merket med sutur, ble sammenlignet med histopatologiske marginer.
Menneske Studier
De humane studier ble godkjent av Institutional Review Board (University of Pennsylvania School of Medicine, protokoll 811 870) og overholdt styrets nødvendige dokumentasjon og samtykkeprosedyrer. Alle pasienter gjennomgikk informert skriftlig samtykke før du deltar i denne studien. Under operasjonen ble hele brystet palpated og visuelt for sykdom. På det tidspunktet var kamerasystemet sterilely drapert og brakt på det kirurgiske feltet for NIR imaging. Når kreft reseksjon var ferdig, prøvene ble re-avbildes på baksiden bordet av operasjonsstuen med håndholdte spektrometer. Alle prøvene ble sendt for histopatologi.
Resultater
NIR bildebehandling kan identifisere kreftforekomster i normalt vev
I første omgang for å avgjøre om en NIR kontrastmiddel kan identifisere solide tumorer
in situ
, gjennomførte vi en proof-of-concept studie i murine modeller av ondartet sykdom. Femti kvinnelige C57BL /6 eller BALB /c mus hadde en av fem forskjellige syngene kreftcellelinjer (4T1 brystkreft, TC1 lungekreft, EL4 thymom, AE17 mesothelioma, AKR spiserørskreft) injisert i flankene. Etter at tumorene var godt etablert (200 mm
3), ble ICG administrert via halevenen. Neste dag, en vev spektrometer ble brukt til semi-kvantifisere fluorescens fra svulsten og orgel rundt. [18]
Den midlere fluorescens fra flanke svulstene var 52,710 vilkårlige enheter (AU) (range 46,283-60,000) og den midlere fluorescens fra omgivende normale vev og organer i gjennomsnitt 6173 ± 3300 au. Således var den gjennomsnittlige signal-til-bakgrunnsforhold (SBR) var 8,5 (Figur 1a). Vi la merke til at fluorescens fra ulike histologiske tumor subtyper var ikke markert annerledes. I det siste har vi og andre hypotese at opptaket av NIR fargestoffer er variabel og avhengig av tumor vaskularitet. [5], [6] Således, tumorer av forskjellig histologisk bør ha forskjellig fluorescens. Svulster ble høstet, seksjonert, og analysert for microvessel tetthet av CD31-farging. Selv om det var så bredt spekter av microvessel tetthet, fant vi ikke en signifikant forskjell i SBR av svulst i ulike histologiske tumortyper (p 0,1). I tillegg fant vi ikke at svulsten fluorescens korrelert med tumor vaskulariteten (Figur 1a).
(A) Fem kreft celletyper ble injisert i flanken av syngene mus. Når etablert (200 mm3), ble dyrene dosert med 7,5 mg /kg av ICG og avbildes. Svulster ble høstet, fotografert og farget for CD31 (Merket med svarte piler). Histologi bilder tatt på 200x forstørrelse. (B) C57BL /6-mus (n = 21) ble injisert med LLC celler i flankene på dag 0. Fra og med dag 12 ble dyrene avlivet, dosert med 7,5 mg /kg ICG 24 timer tidligere, og deres torakal hulrom åpnet. Observatører bestemmes om metastatiske tumorknuter var synlige i lungen. NIR avbildning ble så brukt for å detektere sykdom som ikke var synlige for det un-assistert menneskelige øyet. Histologi bilder tatt på 100x.
Vi postulert at NIR merking av svulster kan oppdage kreft forekomster av ulike størrelser i lungene. C57BL /6-mus (n = 65) ble injisert inn i den flanke (dag 0) med en murine cancercellelinje, Lewis Lung Cancer (LLC), som spontant metastasizes til lungen. 3 dager, mus (n = 3) ble injisert med 7,5 mg /kg av ICG via halevenen. Musene ble avlivet, og kistene ble åpnet og inspisert for tumorbelastning. Flanke tumorer ble avbildet som før, og de ble funnet å ha en midlere fluorescens fra 53290 ± 2668 au med en midlere SBR på 10,8. Mindre versus større flanke svulster hadde liten variasjon i fluorescens (p 0,1). Vi fant at NIR avbildning av murine lungene kunne oppdage fluorescens fra lungemetastaser så tidlig som dag 15. Disse forekomstene var ikke synlig for un-assistert øye og var så liten som 0,2 cm ved histologi (Figur 1b). Gjennomsnittlig svulst fluorescens i tidlige små innskudd under 2 mm var 39923 ± 4577 au, godt over bakgrunnen fluorescens (gjennomsnittlig 4290 au). Disse subcentimeter knuter hadde en gjennomsnittlig SBR på 9,3. Metastatisk lunge knuter ble synlig for FN-assistert øyet ved Dag 24. SBR av svulstene større enn 3 mm var 9,8, og ikke signifikant forskjellig fra de mindre svulster. Imidlertid SBR av svulster i lungen var lavere enn den SBR av svulstene i flanken. Dette var sannsynligvis på grunn av de tekniske utfordringene i bildebehandling i små hulrom av musen brystet og uten tilknytning til selve svulsten fluorescens.
I sammendraget disse dataene bekreftet vår hypotese om at NIR fluorescens fra solide tumorer kan skille kreft fra omkringliggende normale vev. I tillegg kan NIR bilde identifisere små knuter med rimelig SBR og at dette ikke ser ut til å avhenge av svulsten vascularity.
NIR bildebehandling kan identifisere svulster i solide organer i en naturlig forekommende kreft modell canine lunge
Små dyr avbildning utføres i en kontrollert, kunstig miljø, så vi evaluert NIR-avbildning for identifisering av faste tumorer i en streng stor dyremodell i et klinisk miljø. Åtte utav hunder med naturlig forekommende svulster som presenteres til University of Pennsylvania School of Veterinary Medicine kirurgi klinikk med en primær lungetumor ble inkludert i studien med informert samtykke fra sine eiere og institusjonelle godkjenning (figur 2a). Aldre varierte fra 4 til 14 år (median 10 år) og vekter varierte fra 6 til 60 kg (median 24 kg) (tabell 1). Tre hunder ble kastrert tisper og 5 hunder ble kastrert hanner. Alle hunder fikk ICG via kefalvenen uten bivirkninger 24 timer før operasjonen.
(A) Signal-til-bakgrunn forholdet mellom svulsten til omkringliggende normalt lungevev
in situ Hotell og
ex vivo
i 8 hjørnetenner. Alle verdier er angitt i vilkårlige enheter (a.u.).
† På grunn av den store størrelsen på denne svulsten, ingen målinger av normal lunge fluorescens kunne oppnås ex vivo. (B) Etter åpning av brystkassen, ble tumoren visualisert i brystet. Svulsten var godt omskrevet og var svært fluorescerende (signal-til-bakgrunn ratio 11,3). Svulsten ligger i caudad stilling og hilum av lungen er cranial. (C)
Ex vivo
, svulsten var fluorescerende (SBR 12,7) og marginene av svulsten var godt definert. (D) H E bekreftet en lunge adenokarsinom med 2+ CD31 flekker. Signal-til-bakgrunn ratio (SBR) var høyere
ex vivo
enn
in situ
grunn av overlegen kontroll over omgivelsene som lysforhold, eksponering og mangel på bevegelse. Selv om fluorescens fra tumorene ikke signifikant endring ble bakgrunnsfluorescens fra normal lunge redusert når miljøet kan bli bedre kontrollert. Mikroskopisk, fikk svulsten mikrovaskulær tetthet (MVD) ikke ser ut til å påvirke graden av fluorescens.
På kirurgi, for å finne ut om NIR bilde kunne identifisere lungekreft fra omkringliggende vev, alle hunder gjennomgikk avbildning av tumoren og normal lunge. Den gjennomsnittlige tumorstørrelse var 6,5 cm (spredning 2-15 cm).
In situ
, primærtumor kan lett bli pekt i lungene ved NIR imaging (figur 2b). Tre spektral-avlesninger ble tatt ved midten av tumor og i 6 regioner rundt kanten av tumoren. Det fluorescerende intensitet av flertallet av tumorer varierte fra 30 000 til 60 000 au. Lunge parenchyma ble avbildet på flere steder for å etablere en bakgrunn spektrale emisjonsverdi. Mesteparten av variasjonen skjedde i normal bakgrunns lunge parenchyma fordi den spektrale emisjons var lav (mindre enn 5000 au) og vanskelig å kvantifisere. Gjennomsnittlig svulst SBR var 8,8, og svulsten SBR varierte 2,9 til 20,8, og dermed var det lett å skille tumor fra normalt vev av NIR imaging. Når vi undersøkte intra-tumoral variabilitet fra sentrum av tumoren til randen av svulsten var det minimal forskjell (p 0,4). Kirurgen var i stand til å se på den NIR-bilder i sanntid i løpet av fall og raskt identifisere tumor fra normalt vev. Alle 8 svulster dukket opp like fluorescerende til kirurgen, og han kunne ikke identifisere hvilke svulster hadde en lav fluorescens versus en høy fluorescens (ie. SBR 20,8). (Dvs. SBR 2.9.)
Vi fant ut at det var betydelig variasjon i svulst fluorescens avhengig av lysforhold, evne til å plassere spektrometeret og tilgang til hele svulsten i dyret. For å få mer standardiserte målinger, ble svulstene resected fra hunden og re-avbildes på baksiden bordet av operasjonsstuen.
Ex vivo
, gjennomsnittlig tumor SBR var 11 ganger høyere enn det omgivende lunge parenchyma (p = 0,016) (figur 2c). Det var betydelig mindre intra-variasjon i fluorescens i tumoren når lysforhold og posisjonering av spektrometeret kan bli bedre kontrollert på baksiden bordet. Vi fjernet en avvikende (Subject # 8) fra denne beregningen på grunn av den sterkt signal fra svulsten (100 + ganger forskjell signal-til-bakgrunnsforhold mellom tumor og normal lunge). I gjennomsnitt har vi funnet
ex vivo
bilde hadde en høyere SBR sammenlignet med
in situ
bilde (
in situ
SBR 8,8 versus
ex vivo
SBR 11,4) fordi bakgrunnsstøy ble redusert, fordi ikke svulsten var mer fluorescerende (figur 2d).
for å bestemme om fluorescensen av svulsten korrelert med tumor vaskularitet, sammenlignet vi SBR av tumor til mikrovaskulær tetthet (MVD). Alle primære svulster ble farget for CD31. To uavhengige etterforskere kategorisert svulstene som 0, 1+, 2+ og 3+ MVD. Det var et bredt spekter av fluorescens basert på den håndholdte spektrometer både
in situ Hotell og
ex vivo
, og gitt den lille størrelsen på utvalget, vi fikk ikke se noen sammenheng mellom vaskulær tetthet og grad av fluorescens (figur 2d). Også, vi kunne ikke evaluere virkningen av tumorstørrelse på fluorescens på grunn av mangel på tilstrekkelig antall deltakere.
NIR bildebehandling kan ikke skille kreft fra atelectasis på tumoravgrensninger
Som svulster vokser og utvikler til en stor byrde i verts organ, kan peritumoral betennelse oppstå på grunn av masse effekt på orgel blodtilførsel og venøs drenering. For eksempel vil lungelappene hyppig utvikle seg hindrende pneumonitt og lunger fra en stor svulst blokkerer bronkie og venøs drenering til en lunge segment. [24] Dette har viktige implikasjoner. Hos mennesker, dersom en svulst bevirker distal obstruksjon, er prognosen dårligere og pasienten er utpekt til å ha T2 lungekreft. [25] Under en operasjon, kirurger ofte ikke kan skille tumorvevet fra omgivelsene inflammatoriske endringer ved palpasjon og visualisering. Derfor ønsket vi å finne ut om NIR bilde kunne diskriminere unormal peritumoral lunger fra normalt vev og kreft, og om NIR bilde var overlegne i forhold til kirurgenes evne til å identifisere kreft fra betennelse på marginene.
Først, sammenlignet vi følsomheten til å lokalisere kanten av tumoren av kirurgen versus NIR-enheten. Den lungekarsinom ble først palpated av kirurgen og blå masker ble plassert perifert for å markere kirurgenes vurdering av tumoravgrensninger. Deretter ble den NIR kamera som brukes til å identifisere tumor marginer. Hvis det var en uoverensstemmelse mellom de kirurger vurdering av tumor kant og fluorescens, ble en annen merking søm plassert i den nye margin. Spektrale utslippene ble registrert på hvert sted.
I 5 hjørnetenner, svulstene hadde ikke noen post-obstruktiv pneumonitt, og dermed var det ingen signifikant fluorescens utover kanten av svulsten. I disse tilfellene, tumor marginene var følbar av kirurgen og ligner på marginene identifisert av NIR imaging (Figur 3a). Kanten av svulsten var fluorescerende (bety 51324 AU), og vevet innen 5 mm fra kanten av svulsten var merkbart forskjellig. I løpet av 5 mm fra svulsten, lunge parenchyma ikke lenger var fluorescerende (bety 12642 AU) og SBR ble redusert fra mer enn 8 til mindre enn 1,5. Serial seksjonering av patologen bekreftet at både kirurg og NIR bilde kunne identifisere kanten av svulsten innen 2 mm.
(A)
In situ
, kan svulsten visualiseres og palperes. (B) Stikning markere svulsten margin på 5 mm intervaller fra håndgripelig svulst kanten. (C) Et spektrometer ble benyttet for å måle NIR fluorescens (805 nm) på hvert sted på prøvestykket, og å utvikle en varme kart. Varmen kartet spådd tumormarginer vurdert av kirurg og patolog. I et annet tilfelle med sterk peritumoral inflammasjon, (D) intrabilder viste en tumor i en lungelapp som det ble trukket ut av canine brystet. (E)
Ex vivo
, lunge lapp kunne ses å fluorescere, men det var vanskelig ved lysfelt eller fluorescens for å diskriminere marginene mellom tumorvev og inflammatorisk lungevevet. Spektroskopi viste noen forskjell i fluorescens fra tumor mot belastet vev, men klinisk dette var omstendelig og ikke praktisk. Kirurgen har også hatt problemer med å identifisere svulst fra ikke-svulstvev ved manuell palpasjon fordi lungene var overbelastet og ødem.
I 3 hunder, svulstene var store (6, 8 og 15 cm) og de resulterte i venøs lunger, obstruktiv pneumonitt og kollaps av vev rundt kreften. I slike tilfeller har vi funnet signifikant variasjon i fluorescens i de unormalt vev som omgir tumoren. Disse unormale vev slippes høy fluorescens (figur 3b). Forskjellen i fluorescens mellom tumor kant (bety SBR 8,4) og 5 mm fra tumor kant (bety SBR 7,9) var ikke merkbart forskjellig. Selv på 10 mm fra svulsten kanten, var gjennomsnittlig SBR var så høyt som 5,7. Vi brukte spektrometer for å prøve å forbedre diskriminering av SBR, men dette ble ikke bedre vår evne til å fortelle hverandre svulst fra betennelser. Histologisk ble de områdene av betennelse ikke har tumorceller. De hadde forvrengt vevsarkitektur, makrofager, ødem, og i noen tilfeller massiv nøytrofil infiltrasjon og nekroser. Når kirurgen så på de optiske bilder, kunne han ikke skjelne svulst fra atelektase eller inflammasjon basert på fluorescens (figur 4).
(A) intraoperativt, dyret gikk høyre toraktomi og palpering av den primære tumor. Intraoperativ bilde av pulmonal lapp som den er trukket tilbake fra hjørnetann brystet avslørte den dorsale delen av lobe har betydelig komprimering (f.eks. Atelektase) fra tumor obstruksjon. Den ventrale del av lungen beholdt sitt normale utseende. Spektroskopisk analyse av tumoren ble utført
in situ
. Alle områder ble registrert i tre eksemplarer, og gjennomsnittet. Grafen viser inflammatorisk vev var svært fluorescerende og kunne ikke skilles fra tumor. (B) H E demonstrert normal alveolar parenchyma (venstre panel), lunger lunge med nøytrofile granulocytter og fibrotiske plugger (midten panel) og tumor (høyre panel) fra representative biopsier av lungelapp
Sammen. disse dataene viste at NIR bildebehandling kan nøyaktig skille marginer i lungesvulster i forhold til omkringliggende normale lungeparenkym men kan ikke identifisere marginer nøyaktig i lungesvulster som har peritumoral betennelse. NIR bilde var ikke særlig bedre enn de kirurgenes evne til å fortelle hverandre normal versus kreftvev.
NIR bildebehandling kan identifisere solide humane tumorer
For å avgjøre om humane tumorer kan skilles fra normal omkringliggende vev av NIR imaging, innrullert vi 5 pasienter som gjennomgår kirurgi for fjerning av kreftsykdommen (3 lunge knuter, en brystveggen masse og en fremre mediastinum masse). Alderen varierte fra 49 til 69 år (median 62 år). To kirurger nådd en enighet om klinisk stadium og operativ tilnærming før operasjonen. Alle pasientene som deltok ble antatt å ha begrenset sykdom, kan opereres, og ingen metastaser (ie. Potensielt kureres). Mediantumorstørrelse var 2,3 cm (område 1.8 til 9.1 cm) på preoperativ avbildning. Pasientene ble injisert med ICG før operasjonen. På tidspunktet for kirurgi, ble kroppshulrommet åpnet og inspisert. I alle tilfeller, kan kirurgen umiddelbart visual eller palpere tumoren. Pasientene gjennomgikk en standard-of-care kirurgisk fjerning av svulsten.
Når den er fjernet fra pasienten, ble prøven undersøkt, åpnet, biopsied og analysert
ex vivo
. Kvalitativt NIR bilde avslørte sterk fluorescens i alle massene. Den håndholdte spektrometer ble benyttet for å kvantifisere semi-vev fluorescens. Hver tumor hadde 4 målinger ved fire perpendikulære steder og midten av tumor (totalt 20 målinger /tumor). Mean fluorescens i de humane tumorer var 51756 ± 2266 au med en SBR på 8,1. Fluorescens fra svulstene var bemerkelsesverdig homogen hele svulsten.
I 4 tilfeller, svulstene var relativt små (område 1.8 til 3.1 cm), og det synes ikke å være noen peritumoral betennelse eller kollaps. Den gjennomsnittlige signal redusert fra over 50 000 au på svulsten margin til mindre enn 20 000 au innen 5 mm av brutto svulsten margin. Tumor marginene var lett å visualisere og finger palpere av kirurgen. Bruke NIR bildeenhet, kan fluorescens fra svulsten lett preget av kirurgen (figur 5).
Computertomografi (CT) skanne og positronemisjonstomografi (PET) scan viste en fremre mediastinum masse og en lunge nodule i to pasienter. Pasientene ble injisert med ICG, og gjennomgikk så reseksjon av deres tumorer.
Ex
vivo, NIR bilde demonstrerte svulstene var svært fluoriserende og det omkringliggende organ hadde minimal bakgrunnsstøy.
