Phantoms Tissue-simulación para la evaluación de las posibles aplicaciones de imágenes de fluorescencia en el infrarrojo cercano en la cirugía del cáncer de mama

La cirugía conservadora de la mama (BCS) seguida de radioterapia es el tratamiento estándar para los pacientes con cáncer de mama _T1-2 carcinoma de mama ^1,2. Las imprecisiones en la evaluación intraoperatoria de la medida de resultado de la cirugía en los márgenes quirúrgicos positivos en 20 a 40% de los pacientes que se sometieron a BCS, necesitando intervención quirúrgica adicional o ^3,4,5 radioterapia. Aunque la resección extensa del tejido mamario sano adyacente podría reducir la frecuencia de los márgenes quirúrgicos positivos, esto también obstaculizará resultado cosmético y aumentar ^6,7 comorbilidad. Por lo tanto, se necesitan nuevas técnicas que proporcionan retroalimentación intraoperatoria en la localización del tumor primario y la extensión de la cirugía. Imágenes ópticas, en particular, la fluorescencia de infrarrojo cercano de imágenes (NIRF), podría reducir la frecuencia de los márgenes quirúrgicos positivos siguientes BCS, proporcionando al cirujano una herramienta para la localización de tumores pre e intraoperatoria en rtiempo eal. Recientemente, nuestro grupo informó sobre la primera prueba en humanos de imágenes de fluorescencia tumor-específica en pacientes con cáncer de ovario, que muestra la viabilidad de esta técnica para detectar tumores primarios y metástasis intraperitoneales con alta sensibilidad ^8. Antes de proceder a los estudios clínicos en pacientes con cáncer de mama, sin embargo, la viabilidad de las diversas aplicaciones de imágenes NIRF tumorales orientada en BCS puede ya ser evaluado preclínicamente utilizando fantasmas.

El siguiente protocolo de investigación describe el uso de imágenes NIRF en fantasmas de mama con simulación de tejidos que contienen inclusiones de tumores simulando fluorescentes ^9. Los fantasmas proporcionan una herramienta barata y versátil para simular la resección localización del tumor antes y intraoperatoria, en tiempo real guiado-NIRF tumor, la evaluación del estado de los márgenes quirúrgicos, y la detección de la enfermedad residual. Los fantasmas gelatinosos tienen propiedades elásticas similares a los tejidos humanos y se pueden cortar usando s convencionalinstrumentos urgical. Durante el procedimiento quirúrgico simulado, el cirujano se guía por la información táctil (en el caso de inclusiones palpables) y la inspección visual del campo operatorio. Además, se aplica de imágenes NIRF para proporcionar al cirujano retroalimentación en tiempo real intraoperatoria de la extensión de la cirugía.

Debe hacerse hincapié en que la imagen NIRF requiere el uso de colorantes fluorescentes. Idealmente, los colorantes fluorescentes se deben utilizar que emiten fotones en el rango espectral del infrarrojo cercano (650 a 900 nm) para minimizar la absorción y la dispersión de fotones por moléculas fisiológicamente abundantes en el tejido (por ejemplo, hemoglobina, lípidos, elastina, colágeno, y agua) ^10,11. Por otra parte, la autofluorescencia (es decir, la actividad de fluorescencia intrínseca en los tejidos debido a las reacciones bioquímicas en las células vivas) se reduce al mínimo en el rango espectral del infrarrojo cercano, resultando en óptimas proporciones tumor a fondo ^11. Conjugando NIRF tiñe de tumor-targerestos TED (por ejemplo, anticuerpos monoclonales), la administración dirigida de los tintes fluorescentes se pueden obtener para aplicaciones de imágenes intraoperatorias.

Como el ojo humano es insensible a la luz en el rango espectral del infrarrojo cercano, se requiere un dispositivo de cámara altamente sensible para la formación de imágenes NIRF. Varios sistemas de imágenes NIRF para uso intraoperatorio se han desarrollado hasta el momento ^12. En el presente estudio, se utilizó un sistema de imagen de generación personalizada NIRF que fue desarrollado para la aplicación intraoperatoria en colaboración con la Universidad Técnica de Munich. El sistema permite la adquisición simultánea de imágenes en color e imágenes de fluorescencia. Para mejorar la exactitud de las imágenes de fluorescencia, un esquema de corrección se aplica para las variaciones en la intensidad de la luz en el tejido. Una descripción detallada se proporciona por Themelis et al. ¹³

1. Crear Silicona Moldes para Inclusiones Tumor-simulando

1. Recoge objetos sólidos de la forma deseada y el tamaño que puede servir de modelo para las inclusiones de tumores simular, por ejemplo, cuentas o bolitas.
2. Limpiar a fondo los modelos de tumores. Para asegurar una fácil extracción del molde de silicona, los modelos tumorales pueden ser rociadas con spray anti-adherente o cubiertas con una capa delgada de vaselina o cera de abejas.
3. Coloque cada modelo en una plaza amurallada delgada caja separada (plástico) con una superficie lisa. Si es necesario, fijar el modelo en la parte inferior de la caja para mantenerla en posición. Utilice una caja que es ligeramente más grande que el modelo de tumor en sí para evitar el desperdicio de cantidades excesivas de silicona.
4. Vierta la cantidad requerida de componente de silicona A en un bol y añadir el componente de silicona B en una proporción de 10: 1 en peso. Mezclar bien ambos componentes. Opcionalmente, una bomba de vacío se puede utilizar para eliminar las burbujas de aire de la mezcla de silicona.
5. Suavemente pour la mezcla de silicona en la caja de plástico para evitar que queden atrapadas burbujas de aire. La mezcla de silicona debe ser procesada dentro de 45 minutos para obtener resultados óptimos.
6. Deje que la mezcla de silicona solidifique durante al menos 6 horas antes de cortar el molde y retirar el modelo de tumor. Opcionalmente, el molde de silicona puede ser cortado en un patrón de zigzag para permitir que se ajuste de nuevo juntos limpiamente. La fuerza máxima de la silicona se obtiene después de 3 días.

2. Crear una Solución salina tamponada con Tris

1. Crear una solución salina tamponada con Tris (TBS) mediante la adición de solución de 6,1 g (50 mM) y 8,8 g de Tris (150 mM) NaCl a 800 ml de agua desionizada.
2. Añadir 1,0 g (15 mmoles) de NaN ₃ para bloquear la oxigenación de la hemoglobina (paso 3.3 y 4.4) y para inhibir el crecimiento bacteriano. PRECAUCIÓN: NaN ₃ es un veneno grave. Puede ser fatal en contacto con la piel o por ingestión. La toxicidad de este compuesto es comparable a la de cianuros alcalinos solubles y la dosis letal para un humano adultoes de aproximadamente 0,7 g. Siempre siga las instrucciones de seguridad según lo previsto por el fabricante.
3. Ajustar el pH a 7,4 y llevar el volumen a 1000 ml con agua desionizada.

3. Crear fluorescentes Inclusiones

1. Añadir 2 g de agarosa a 50 ml de TBS desde el paso 2. El punto de fusión más alto de agarosa en comparación con la gelatina (paso 4.2) impedirá que las inclusiones de la disolución y la fuga de colorante fluorescente cuando se coloca en gelatina fundida. Opcionalmente, la cantidad de agarosa añadido puede ser alterada para 1 o 3 g para obtener más blandos palpables o inclusiones tumorales, respectivamente.
2. Calentar la suspensión de agarosa usando un horno de microondas hasta que se alcanza el punto de ebullición. Mezcle bien hasta que la agarosa se disuelva completamente.
3. Añadir 1,1 g (17 mmol) de hemoglobina y 5 ml de Intralipid 20% disuelto en 50 ml de TBS a la mezcla de agarosa con agitación constante para asemejarse a las características ópticas del tejido circundante del pecho fantasma (paso 4).
4. Añadir 20,0 mg (250,8 mol) del colorante fluorescente verde de indocianina a 83,8 ml de agua desionizada. Asegúrese de que el colorante se disuelve completamente.
5. Pipetear 5,0 ml de esta solución y agregarla a la mezcla de agarosa para obtener una concentración final de 14 mM. Opcionalmente, otros tintes fluorescentes que ICG se pueden utilizar si se desea con su propio concentración óptima.
6. Llenar con cuidado los moldes de silicona creados en el paso 1 con la mezcla de agarosa caliente usando una jeringa (Figura 1A). Repita este proceso hasta que se hayan cubierto todos los moldes.
7. Deje que las inclusiones fluorescentes se solidifican a temperatura ambiente durante aproximadamente una hora. Proteja las inclusiones de luz cubriendo todo el molde con papel de aluminio.
8. Después de la solidificación, abrir suavemente el molde y presione a cabo la inclusión (Figura 1B). Opcionalmente, utilice la punta de la jeringa para aplicar pequeñas gotas de mezcla de agarosa fundida en la superficie de la inclusión. Al repetir este proceso varias veces en la misma ubicación, pequeña maespuelas mor se pueden crear para simular tumores infiltrantes.
9. Proteja las inclusiones de agarosa de la luz y la deshidratación envolviéndolos en papel de aluminio y almacenarlos en un contenedor de almacenamiento húmeda a 4 ° C.
   NOTA: El uso de concentraciones de colorante fluorescentes inferiores o superiores a la óptima concentración conocida voluntad tanto resultado de la intensidad de la señal fluorescente disminuida. La reducción aparentemente contradictorio en intensidad de la señal con el aumento de concentraciones de colorante por encima de la concentración de colorante fluorescente es óptima debido a un fenómeno conocido como enfriamiento brusco. Al evaluar la profundidad de penetración máxima de un tinte fluorescente en fantasmas, utilizando la concentración óptima es obligatorio.

4. Crear Phantoms mama

1. Obtener un molde con forma de copa para crear fantasmas de mama del tamaño deseado y el volumen, por ejemplo, un recipiente de vidrio o plástico. El molde debe tener una superficie lisa para evitar la forma de gelatina se adhiere al molde. A volum moldee de 500 ml creará fantasmas de mama de tamaño suficiente.
2. Para crear un fantasma de mama con un volumen de 500 ml, añadir 50 g de gelatina 250 bloom a 500 ml de TBS (paso 2). Calentar la suspensión de gelatina a 50 ° C bajo agitación constante.
3. Una vez que la gelatina se disuelva por completo, dejar que la mezcla de la gelatina enfríe gradualmente y mantenerlo a una temperatura constante de 35 ° C usando un baño de agua caliente.
4. Bajo agitación constante, añadir 5,5 g (85 mmol) de hemoglobina bovina y 25 ml de Intralipid 20% para simular la absorción y la dispersión de los fotones en el tejido, respectivamente.
5. Preenfriado el molde en forma de copa a 4 ° C durante al menos 1 h. A continuación, se vierte la mezcla de la gelatina en el molde a un nivel que corresponde a la profundidad predefinida de la inclusión de tumores simulando de agarosa (Figura 1C). Deje que la mezcla de la gelatina solidificar a 4 ° C durante 30 minutos a una hora.
6. Después de la solidificación, posicionar un fluorescente inclusión de agarosa-simulando tumor en la superficie de el fantasma y temporalmente fijan la inclusión con una pequeña aguja. Hasta un máximo de tres inclusiones fluorescentes tumorales de simulación se pueden incorporar en un solo fantasma mama. Espacio suficiente (por lo menos 5 cm) debe mantenerse entre inclusiones tumorales-simulando individuales (Figura 1D).
7. Verter el resto de la mezcla de gelatina caliente en el volumen restante del molde, lo que permite la adherencia de ambas capas sin crear artefactos de refracción. Marque la ubicación de las inclusiones de tumores simulando fluorescentes en el molde. Que el fantasma solidificar O / N a 4 ° C.
8. Una vez solidificado, retire las agujas usadas para la fijación temporal de las inclusiones y retire suavemente el fantasma del pecho de su molde (Figura 1E). Proteja el fantasma de mama de la luz y la deshidratación envolviéndolo en papel de aluminio y guárdelo en un recipiente de almacenamiento humidificada a 4 ° C.

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Figura 1. etapas secuenciales de la creación de fantasmas de mama que contienen inclusiones de tumores simulando fluorescentes. Después de crear moldes de silicona de la forma y tamaño deseados, los moldes se llenan con la mezcla de agarosa derretida usando una jeringa (A). Inclusiones tumorales-simulando de diferente tamaño y forma se produjeron en el estudio actual (B). A continuación, una capa delgada de la mezcla de gelatina fundida se vierte en un molde de madera recubierto de mama personalizado (C). Después de la solidificación, las inclusiones de tumores simulando están posicionados, fijada temporalmente, y se cubren con otra capa de la mezcla de gelatina fundida (D). Después de la solidificación, el fantasma de mama se retira suavemente de su molde (E). El fantasma se puede aplicar para la simulación de diferentes aplicaciones de imagen NIRF (F).ref = "archivos / ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg /" target = "_blank"> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

5. Ajuste el sistema de cámara NIRF

1. Se requiere un sistema de cámaras de NIRF para la aplicación intraoperatoria para la simulación de imágenes NIRF apuntado en la cirugía del cáncer de mama. Varios sistemas de imágenes NIRF para imágenes NIRF intraoperatoria en tiempo real están disponibles actualmente para su uso en investigación. Aunque existen algunas diferencias entre estos dispositivos, todos ellos contienen una fuente de luz de excitación (para la excitación de las inclusiones fluorescentes tumorales) y un dispositivo de formación de imágenes de alta sensibilidad para la detección de fotones emitidos.
2. Asegúrese de utilizar una fuente de luz de excitación de una longitud de onda suficiente. Para inclusiones de tumores que contienen la simulación de ICG, utilizar una fuente de luz de excitación (por ejemplo, láser) que emite fotones entre 750 y 800 nm. Si se usa un colorante fluorescente alternativa, la longitud de onda de excitación se debe ajustar conforman la ma instrucciones del nufacturer.
3. En caso de que el sistema de cámaras de NIRF contiene un filtro de emisión para filtrar las señales de fondo no deseados, asegúrese de que se utiliza el filtro correcto. Para inclusiones tumorales-simulando que contienen ICG, utilice un filtro de emisión entre 800 y 850 nm. Colorantes fluorescentes alternativas pueden requerir diferentes filtros de emisión, dependiendo de las instrucciones de los fabricantes.
   NOTA: Asegúrese de que no es cero superposición entre la excitación y las longitudes de onda de emisión para evitar imágenes sobresaturadas. Además, el tiempo de adquisición de la imagen podría tener que ser ajustada para obtener imágenes fluorescentes óptimos. En el caso de inclusiones fluorescentes profundamente arraigadas o señales fluorescentes débiles, tiempo de adquisición de la imagen se puede aumentar hasta varios segundos a min. En el caso de inclusiones superficiales o señales fluorescentes fuertes, el tiempo de adquisición se puede disminuir hasta varios milisegundos para permitir la formación de imágenes de fluorescencia de velocidad de vídeo en tiempo real.

1. Tome el fantasma de mama con simulación de tejidos de su recipiente y colocarlo en una superficie plana no fluorescente. A continuación, coloque el dispositivo de imágenes NIRF encima del fantasma del pecho, dejando una distancia de trabajo suficiente para la escisión de las inclusiones de tumores simulando.
2. Localizar la inclusión fluorescente tumor-que simula el uso de imágenes y / o la palpación de la mama fantasma NIRF. En caso de no señal fluorescente se puede detectar, la inclusión se coloca ya sea demasiado profunda en el espectro para la detección o el tiempo de adquisición de la imagen se debe aumentar.
3. Una vez que la inclusión se localiza, una incisión en la mama fantasma y eliminar la inclusión tumor-simulando en tiempo real NIRF-orientación mediante instrumentos quirúrgicos convencionales. Por otra parte, la inclusión puede ser extirpado conducida sólo por inspección visual y palpación de la mama fantasma para simular el estándar de atención.
4. Directamente después de la eliminaciónla inclusión de tumor-simulando, la imagen de la cavidad quirúrgica para cualquier actividad fluorescente restante indicando la escisión inadecuada.
5. En caso de cualquier actividad fluorescente restante, cortar el remanente inclusión bajo la guía directa NIRF hasta que no quede ninguna señal fluorescente.
6. Imagen de los fragmentos extirpados fantasma para simular la evaluación del estado margen macroscópico guiada por NIRF. A este fin, cortar el tejido fantasma en 3 - 5 placas mm y la imagen de las placas en consecuencia. La señal de fluorescencia que alcanza en los márgenes quirúrgicos indica la existencia de márgenes quirúrgicos positivos.

Los resultados de este estudio han sido reportados previamente en otro lugar 9.

Nuestros datos muestran que la imagen NIRF se puede aplicar para detectar inclusiones tumorales-simulando fluorescentes en fantasmas en periodo de simulación de tejidos, la simulación de la cirugía conservadora de la mama guiada por NIRF en pacientes con cáncer de mama. Usando nuestro modelo fantasma, encontramos localización intraoperatoria del tumor, la resección del tumor guiada por NIRF, la evaluación intraoperatoria de los márgenes de cavidad quirúrgica, y la detección de la enfermedad residual a ser factible (Figura 2). En resumen, se produjeron un total de cuatro pechos fantasmas, todo que contiene dos inclusiones fluorescentes con dimensiones y / o morfología (Tabla 1) distintos.

Se eliminaron las inclusiones fluorescentes simulando tumor quirúrgicamente de la primera y segunda fantasma de mama usando instrumentos quirúrgicos convencionales. La escisión de las inclusiones se guió por la palpación y la inspección visual de la operaccampo ive. Se pidió al cirujano para operar en el pecho fantasma hasta que las inclusiones de tumores simulación se eliminaron por completo. A continuación, la cámara de fluorescencia personalizada se aplicó a escanear la cavidad quirúrgica para cualquier señales fluorescentes restantes. En el caso de una escisión incompleta, indica una fuerte señal de fluorescencia restante, se pidió al cirujano para extirpar el remanente inclusión en tiempo real NIRF orientación. En tanto fantasma # 1 y # 2, la escisión de uno de cada dos inclusiones tumorales de simulación era incompleta, como se evidencia por una señal de fluorescencia fuerte restante procedente de la cavidad quirúrgica. En el caso de la escisión incompleta después del primer intento quirúrgico, el cirujano detecta y extirpa la inclusión remanente bajo la guía NIRF durante el mismo procedimiento (denominado teranóstico). Una rescisión bajo la guía directa NIRF dio lugar a una eliminación completa del remanente inclusión en el segundo intento quirúrgico en todos los casos, mientras que no hubo necesidad de extirpar gran volumes de tejido fantasma.

En la tercera y cuarta fantasma de mama, la localización y la extirpación quirúrgica de las inclusiones fluorescentes NIRF guiada se realizó en el primer intento quirúrgico. Al acercarse a las inclusiones fluorescentes tumorales de simulación, el cirujano tenía un monitor a su disposición en la que se proyecta la señal de fluorescencia en tiempo real. En el cuarto fantasma de mama, una inclusión tumor-simulando posicionado en 3,0 cm de profundidad fue sólo detectable después de una incisión en el tejido fantasma de aproximadamente 1 cm. En la tercera fantasma de mama, ambos inclusiones tumorales de simulación se eliminaron radicalmente en el primer intento quirúrgico, mientras que se encontró que la eliminación de un infiltrante inclusión en el cuarto fantasma para estar incompletos. Una rescisión bajo NIRF-guía directa por resultado una absorción completa del remanente del tumor en este fantasma.

Después de la operación, los fragmentos de tejido fantasma extirpados se cortaron en 3 diapositivas mm y utilizando imágenes de las cámaras sys NIRFsistema para simular la evaluación ex vivo macroscópico del estado de los márgenes quirúrgicos. En todos los casos, las imágenes NIRF postoperatoria representa claramente las fronteras de las inclusiones de tumores simulando e indicó si el tumor remanente estuvo presente en los márgenes quirúrgicos (Figura 2 C).

Figura 2. NIRF simulación de imágenes de fantasmas de mama. Fantasmas tejido mamario-simulando que contienen inclusiones de tumores simulando fluorescentes se aplicaron para la simulación de la localización tumoral intraoperatoria (A), la extirpación del tumor guiada por NIRF (B), y la evaluación de los márgenes quirúrgicos NIRF-guiado estado (C). Modificado de:.. Pleijhuis et al, EJSO (2011) Plaliviar clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1 Descripción general de la composición fantasma.
Se produjeron un total de 4 fantasmas, que contiene dos inclusiones fluorescentes tumores simulando cada uno de diferente tamaño y forma.

Los autores no tienen nada que revelar.