מפוזר ספקטרוסקופיה אופטית עבור הערכה כמותית של רעילות העור לקרינה מייננת מושרה חריפה שימוש במודל של עכברים
27 במאי 2016
אנו מציגים גישה ספקטרוסקופית אופטית מפוזרת (DOS) המספקת סמנים ביולוגיים אופטיים כמותיים של תגובת העור לקרינה. אנו מתארים תכנון מכשור DOS, אלגוריתמי מיצוי פרמטרים אופטיים ונהלי הטיפול בבעלי חיים הנדרשים כדי להפיק נתונים מייצגים ממודל עכבר פרה-קליני של אריתמה הנגרמת על ידי קרינה.
המטרה הכוללת של טכניקה זו של ספקטרוסקופיה אופטית דיפוזית היא לפתח סמן ביולוגי כמותי לתיאור אריתמה חריפה המושרית על ידי קרינה. ניתן להשתמש בשיטה זו בתחום הטיפול הקרינתי כסמן ביולוגי לניבוי לצורך זיהוי מטופלים הנמצאים בסיכון לרעילות עורית קשה מקרינה. לפיכך, היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא מספקת מדד אובייקטיבי ושיטתי לכימות רעילות עורית מקרינה.
אדגים את טכניקת הספקטרוסקופיה האופטית הדיפוזית, ואלינה, חוקרת במעבדת Loo, תטפל בעכברים. הפעילו את המערכות האלקטרוניות והמתינו לעליית המערכת. לאחר מכן, כבו את כל נורות הפלורסצנט בחדר והציבו נורות להט במרחק ממכשיר המדידה כדי לספק תאורה בסיסית לעבודה.
בשלב הבא, הגדירו את המכשיר למדידות מעור עכבר. הגדירו את פרמטרי האות באופן הבא: קבעו את זמן האיסוף ל-25 milliseconds, הגדירו את ממוצעי האות ל-25, וקבעו את רוחב מסנן ה-boxcar ל-1.
פרמטרים אלו מציעים איזון סביר בין זמן הרכישה לבין יחס אות לרעש. לאחר מכן, באמצעות תוכנת הרכישה המתוכנתת באופן מותאם, רכשו באופן אוטומטי קריאת רקע כאשר ה-LED כבוי. לאחר מכן, רכשו קריאה של החזר מפוזר (diffuse reflectance) בשני מרחקי הפרדה בין המקור לגלאי.
בצעו מדידה אחת ב-260 microns, ומדידה שנייה ב-520 microns. זמן הרכישה הכולל צריך להיות כשתי שניות. לאחר הרדמת העכבר, העבירו אותו לאזור בדיקת ה-DOS הסטרילי.
מקמו את החיה על צדה והדקו את חרטו למסכת אף המספקת 2% isoflurane לשמירה על ההרדמה. כעת, עקרו את הפרובה באמצעות 70% ethanol, אך אין לנסות לעקר את העור. הצמידו בעדינות את הפרובה המעוקרת לעור בשוק (flank).
אין ללחוץ חזק מדי, שכן אין לאפשר ללחץ הגשש לפזר את כלי הדם המקומיים. תוך כדי החזקת הגשש, רכשו נתוני רפלקטנציה על פני שטח של שני סנטימטרים רבועים המיועד להקרנה. אספו את הנתונים בתצורת חמישה נקודות, בדומה לסימון על קובייה.
שמרו על תבנית זו ועל לחץ הבדיקה באופן עקבי בכל המדידות הבאות. לאחר ביצוע המדידות, העבירו את העכבר לכלוב התאוששות. בזמן שהעכבר מתאושש, חזרו על הפרוצדורה בעכבר הבא.
נוהל זה מותאם למקרין הזמין. התאימו אותו לפי הצורך כדי להקרין חלק קטן של העור. לאחר הרדמת העכבר, צבטו בעדינות חלק מהעור במותניו והדביקו את העור המתוח באמצעות סרט הדבקה כדי ליצור כיסוף (flap).
לאחר מכן, הניחו את העכבר על במה מפלקסיגלאס וכסו את גופו עם תבנית עופרת מותאמת אישית. השתמשו בקופסת עופרת הנגישה משני צדדיה ובעלת חלון להקרנת העור. לאחר מכן, משכו את מקטע העור דרך חלון התבנית, והדביקו את המקטע לבמה באמצעות סרט דביק.
אם העכבר אינו מקובע על ידי המתקן, ניתן לו זריקת הרדמה. לאחר מכן, הכניסו את הבמה עם המתקן והעכבר לתוך מכשיר ההקרנה. חשבו את מנת ההקרנה הנדרשת.
לדוגמה, מקור רנטגן בעוצמה של 160 peak kilovoltage הממוקם במרחק של 11 סנטימטרים יקרין את העור באופן מספק בזרם של 6.3 milliamps למשך 2.5 דקות. לאחר מכן, ניתן את המנה המחושבת. לאחר מתן המנה לבעל החיים, החזירו אותו לכלוב התאוששות.
לאחר ההתאוששות מההרדמה, החזירו את העכבר לכלוב המגורים המשותף הרגיל שלו. העכברים הוקרנו ונמדדו כפי שתיאור. לפני ההקרנה, נלקחו ספקטרומים של בסיס עם הפרדה של 260 מיקרון בין המקורות במודל עור של עכבר athymic.
הקו הירוק העבה מציג התאמה מתמטית של הקו הכחול הדק. בהשוואה למדידות שבוצעו שישה ימים לאחר הקרנה של 40 gray, נצפו הבדלים במבנה הספקטרלי בין 550 ל-600 nanometers, ככל הנראה בשל עלייה בהמוגלובין מחומצן. נצפתה גם עלייה קלה במחזירות המוחלטת, שעשויה להיות קשורה לעלייה ביכולת הפיזור של הרקמה.
הנתונים המותאמים מחזירים סמנים ביולוגיים אופטיים כמותיים שניתן לעקוב אחריהם כפונקציה של הזמן לאחר הקרנה. לדוגמה, מדידות של רמת רוויית החמצן ברקמה עלו בהדרגה בעקבות ההקרנה. נתונים כמותיים אלו היו במתאם עם דירוג חזותי של רעילות העור, שגם הוא עלה בהדרגה לאחר ההקרנה.
לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה של אופן השימוש בספקטרוסקופיה אופטית מפוזרת (diffuse optical spectroscopy) לצורך דירוג כמותי של רעילות קרינה בעור. לאחר השליטה בטכניקה, ניתן לבצע אותה בשני או שלושה דקות, במידה והיא מבוצעת כראוי. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב להניח את גשש ה-DOS בעדינות כדי למנוע דחיסה של כלי הדם.
ניתן להשתמש בטכניקה זו בתחום של רפואה קרנית כדרך לקישור פרמטרים פיזיולוגיים בתיאור תגובת רקמה נורמלית לקרינה.
סקירה כללית
מחקר זה מציג טכניקה של ספקטרוסקופיה אופטית מפוזרת (DOS) לכימות תגובת העור לקרינה, תוך התמקדות ספציפית באריתמה חריפה המושרה על ידי קרינה. שיטה זו שואפת לספק ביומרקרים אובייקטיביים שיכולים לנבא רעילות של העור בחולים העוברים טיפול בקרינה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- טיפולי קרינה
- ספקטרוסקופיה אופטית
רקע
- אריתמה חריפה המושרית על ידי קרינה היא תופעת לוואי נפוצה של טיפול בקרינה.
- השיטות הנוכחיות להערכת רעילות של העור הן לעיתים קרובות סובייקטיביות.
- ספקטרוסקופיה אופטית דיפוזית מציעה גישה לא פולשנית למדידת תגובת העור.
- טכניקה זו יכולה לסייע בזיהוי מטופלים הנמצאים בסיכון לתגובות עור חמורות.
מטרת המחקר
- פיתוח ביומארקר כמותי לרעילות עור הנגרמת מקרינה.
- הדגמת טכניקת ה-DOS במודל עכברים פרה-קליני.
- ביסוס שיטה סיסטמטית למדידת תגובת העור לקרינה.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- תכנון מכשור עבור ספקטרוסקופיה אופטית דיפוזית.
- נהלי טיפול בבעלי חיים לצורך איסוף נתונים מדויק.
- מדידת רפלקטנציית העור במרחקים מוגדרים.
- ניתוח של ביומרקרים אופטיים לאחר הקרנה.
תוצאות עיקריות
- ביצעו מעקב מוצלח של סמנים ביולוגיים אופטיים כמותיים לאורך זמן.
- נצפתה עלייה ברוויית החמצן ברקמות לאחר הקרנה.
- שינויים בצורה הספקטרלית נמצאו במתאם עם הערכות חזותיות של רעילות העור.
- ניתן לבצע את הטכניקה ביעילות תוך מספר דקות.
מסקנות
- ספקטרוסקופיה אופטית דיפוזית מספקת שיטה אובייקטיבית להערכת רעילות של העור כתוצאה מקרינה.
- הטכניקה יכולה לשפר את ניהול הטיפול בחולהים בטיפולי הקרנה.
- נדרשים מחקרים נוספים כדי לתקף ממצאים אלו במסגרות קליניות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הערכה כמותית של רעילות עורית חריפה המושרית על ידי קרינה נותרת פער קריטי במחקר רפואי תרגומי בתחום הטיפול בקרינה, דבר המגביל את הביטחון החזוי ואת ההערכה האובייקטיבית של תגובת רקמות נורמליות. ספקטרוסקופיה אופטית דיפוזית (DOS) מציעה גישה הניתנת לשחזור ובעלת תפוקה גבוהה ליצירת סמנים ביולוגיים אופטיים תפקודיים, התומכת בהפחתת סיכונים מכניסטית ובתיקוף מטרות עבור אסטרטגיות התערבותיות. שילוב של מדדים המופקים מ-DOS בתהליכי עבודה פרה-קליניים וקליניים משפר את קבלת ההחלטות לגבי פורטפוליו התרופות ואת הקידום המותאם לסיכון של חומרים רדיופרוטקטיביים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר כימות אובייקטיבי של רעילות עורית מושרית קרינה לצורך בדיקת השערות.
- תומך בתיקוף תפקודי של מסלולים ומטרות מועמדות המעורבים בתגובת רקמה.
- מסייע בהפחתת סיכונים מנגנונית על ידי קישור פרמטרים פיזיולוגיים לפגיעה מקרינה.
- משפר את הביטחון החזוי בבחירה ובתיעדוף של תרכובות התערבותיות.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- מספק סממנים ביולוגיים (biomarkers) אופטיים כמותיים וסטנדרטיים לצורך פיתוח בדיקות.
- מאפשר מדידה הדירה של תגובת העור על פני קבוצות ניסוי.
- תומך בסריקה בתושבה גבוהה של חומרים מועמדים להגנה מפני קרינה במודלים פרה-קליניים.
- מספק פלטים כמותיים המתאימים להשוואה בין מחקרים ובין פלטפורמות שונות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה את תוצאות מדדי הביו-מרקרים הפרה-קליניים לנקודות קצה רלוונטיות קלינית עבור רעילות של העור.
- מאפשרת מעקב אורך של תגובת הרקמה, ובכך תומכת ברציפות תרגומית.
- מפחיתה עמימות בהערכת היעילות של התערבויות רדיופרוטקטיביות או ממתנות.
- תומכת בהחלטות קידום מותאמות סיכון המבוססות על נתונים כמותיים ואובייקטיביים.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
הערכת רעילות העור הכמותית המבוססת על DOS משתלבת ברצף שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני, ומגשרת בין מחקרים מכניסטיים מוקדמים לבין תיקוף תרגומי של אסטרטגיות להגנה מפני קרינה.
- ביולוגיה של הגילוי: מספקת מדדים אובייקטיביים לבדיקת היפותזות והבהרת מסלולים בתגובה לקרינה.
- סריקה: מאפשרת תוצאי בדיקה כמותיים הניתנים לשחזור לצורך הערכת תרכובות.
- אנליטיקה: מספקת מדידות של סמנים ביולוגיים אופטיים והשוואות סטטיסטיות של תגובת רקמות.
- מחקר תרגומי: מתאימה סמנים ביולוגיים אופטיים פרה-קליניים לנקודות קצה של רעילות עורית קלינית.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמה סטנדרטית הניתנת להרחבה לצורך מחקר רדיובלוגי שוטף והערכה טיפולית.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי ומפחית עמימות מכניסטית במחקרי רעילות של קרינה.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה ומאיץ את ההערכה הכמותית של תגובת העור במודלים פרה-קליניים.
- ערך אסטרטגי: תומך בקבלת החלטות נחרצת של go/no-go ובקידום יעיל של מועמדים להגנה מפני קרינה תוך ניצול אופטימלי של המשאבים.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכון ויכולת השוואה בין תוכניות שונות לגבי יעילות ההתערבות.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בספקטרוסקופיה אופטית ובניתוח נתונים כמותי.
- נדרשת מיכשור ייעודי ותנאי תאורה מבוקרים לצורך הדירות (reproducibility).
- נדרשת סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולי המדידה ושל פרשנות הנתונים.
- התאמה למודלים אחרים של רקמות או למסגרות קליניות עשויה לדרוש אופטימיזציה של הפרוטוקול.
- טיפול זהיר בחרשון (probe) חיוני כדי למנוע ארטיפקטים הנובעים מהזזה של כלי דם מקומיים.
