Optical Frequency Domain Imaging di
22 gennaio 2013
Un metodo per immagine Ex vivo Campioni di resezione polmonare con ottica dominio della frequenza immagine (OFDI) e ottenere precisa correlazione all'istologia è descritto, che è essenziale per lo sviluppo di specifici criteri di interpretazione OFDI per patologia polmonare. Questo metodo è applicabile ad altri tipi di tessuto e le tecniche di imaging per ottenere immagini precise di correlazione istologia per l'interpretazione delle immagini accurate e valutazione. Criteri di imaging stabilite con questa tecnica sarebbe quindi applicabile alla valutazione immagine in futuro In vivo Studi.
La OCT o OFDI endobronchiale viene eseguita utilizzando cateteri sottili e flessibili, compatibili con i normali porti di accesso broncoscopici. Il broncoscopio viene avanzato all'interno dell'albero tracheobronchiale fino alla via aerea desiderata. Il catetere OFDI viene quindi avanzato nella via aerea attraverso il canale di lavoro del broncoscopio per acquisire le immagini.
Il nucleo ottico interno del catetere OFDI viene ruotato e contemporaneamente ritratto all'interno della guaina trasparente esterna per generare dati tridimensionali OFDI. Il laboratorio Sudor del Massachusetts General Hospital ha sviluppato un catetere OFDI basato su ago, compatibile con gli aghi tranbronchiali standard utilizzati abitualmente per campionare masse periferiche. Il broncoscopio viene avanzato all'interno delle vie aeree fino alla massa bersaglio.
Con il catetere OFDI ritratto in sicurezza all'interno dell'ago transbronchiale, l'ago viene inserito nella massa. Successivamente, l'ago viene ritratto, lasciando il catetere OFDI in posizione. Come nell'OFDI endobronchiale, il nucleo ottico interno del catetere OFDI transbronchiale viene fatto ruotare e contemporaneamente estratto all'interno della guaina trasparente esterna per generare l'OFDI tridimensionale.
I corrispettivi istopatologici dei dati ottenuti in vivo consistono soltanto in piccoli frammenti di biopsia, difficili da correlare con ampi set di dati OFDI. Di conseguenza, specifiche caratteristiche di imaging delle patologie polmonari non possono essere facilmente sviluppate in condizioni in vivo. L'obiettivo generale di questo protocollo è ottenere correlazioni preciso e univoche tra OFDI e istologia su tessuto ex vivo, fondamentali per valutare con accuratezza le caratteristiche osservate in OFDI rispetto all'istologia considerata come standard di riferimento.
Dopo aver sviluppato e validato ex vivo criteri specifici di imaging mediante istologia abbinata uno a uno, tali criteri possono quindi essere applicati a studi di imaging in vivo. Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente una correlazione diretta tra imaging e istologia, migliorando l'interpretazione delle caratteristiche delle immagini. Per preparare il sistema di imaging a dominio ottico in frequenza o OFDI per l'esperimento, accendere innanzitutto il sistema di imaging, quindi impostare e registrare i parametri di imaging appropriati.
Collegare il catetere al giunto rotante e al dispositivo di retrocessione. Questo catetere su misura ha un diametro di 0,8 millimetri. Far ruotare il catetere e verificare la qualità dell'immagine, utilizzando la punta del dito guantata per assicurarsi che l'immagine sia a fuoco e che il rapporto segnale-rumore sia adeguato.
Per iniziare la procedura di preparazione del tessuto, posizionare un tappetino assorbente monouso su un piano di lavoro e appoggiarvi sopra il campione polmonare. A causa delle difficoltà logistiche nel reperire tessuti da pazienti, verrà utilizzato tessuto suino in questa dimostrazione video.
Individuare la via aerea bronchiale che entra nel campione di resezione all'ilo. Utilizzando il lume di una siringa, rimuovere eventuali muco visibile all'interno della via aerea. Palpare la superficie esterna del campione per identificare una via aerea o la lesione di interesse.
Aprire la via aerea lungo la sonda fino a quando la lesione di interesse diventa visibile o palpabile sotto la mucosa della via aerea con un applicatore di cotone. Rimuovere con attenzione sangue o muco dalla mucosa della via aerea sovrastante la lesione. Posizionare il catetere OFDI sopra la mucosa della via aerea ed acquisire un'immagine.
Questo serve a confermare che la lesione si trova al di sotto della mucosa delle vie aeree e a identificare un'area di interesse di alta qualità per la correlazione istologica. Dopo aver selezionato l'area di interesse nelle vie aeree, scegliere due punti sul tessuto lungo la linea desiderata per l'acquisizione dell'immagine. In questo esempio, i punti verranno posizionati paralleli all'asse longitudinale delle vie aeree.
Rendere visibili i segni di inchiostro sia nell'OFDI che nell'istologia può essere difficile; per questo motivo utilizziamo sia segni con ago che con inchiostro, in modo da visualizzare i riferimenti con entrambe le tecniche. Una volta scelti i due punti, immergere la punta di un ago sottile a canale aperto nel colorante per la marcatura del tessuto, quindi rimuovere con cura l'eccesso di inchiostro dalla superficie esterna dell'ago usando una garza, lasciando il colorante solo all'interno del canale dell'ago. Pungere quindi il tessuto perpendicolarmente alla mucosa delle vie aeree nel punto prescelto lungo la linea di acquisizione immagini. Nello stesso modo, marcare il secondo punto sulla mucosa delle vie aeree, assicurandosi che sia distante non più di 1,5 centimetri dal primo punto.
Se l'inchiostro si espande sulla superficie mucosa allontanandosi dal sito di puntura, utilizzare un applicatore con punta di cotone per rimuovere con attenzione l'eccesso di inchiostro. A seconda dei risultati desiderati, i due punti possono anche essere tracciati paralleli all'aspetto circonferenziale delle vie aeree, come mostrato qui. Per acquisire l'immagine del tessuto, posizionare il catetere OFDI su ciascun segno d'inchiostro ed effettuare l'immagine per verificare che i segni siano visibili in OFDI.
I segni dovrebbero apparire come interruzioni focali all'interno della struttura del tessuto, con particelle altamente diffusive sovrapposte e rapida attenuazione del segnale sottostante, che corrisponde alle particelle di inchiostro nel sito della puntura. In questa immagine OFDI delle vie aeree di suino, entrambi i segni di inchiostro sono indicati con un asterisco. Posizionare il catetere parallelamente ai due segni di inchiostro sulla superficie mucosa della via aerea, in modo che l'ottica del catetere si sovrapponga al tessuto al di là del primo segno di inchiostro.
Procedere con l'acquisizione di una vista di retrocessione OFDI; esaminare le immagini di retrocessione OFDI per assicurarsi che entrambi i segni di inchiostro siano visibili nell'immagine e per verificare la presenza di artefatti dovuti al movimento prima di prelevare il tessuto. Apporre un punto di inchiostro verde sul tessuto mucoso delle vie aeree a 0,3 centimetri dal segno di inchiostro che è apparso per primo nella retrocessione dell'immagine. Questo passaggio serve a orientare l'inizio della scansione di imaging.
Ora rimuovere il tessuto compreso tra i due segni di inchiostro nero e il segno di inchiostro verde. Tagliare il tessuto in modo che si adatti a una cassetta standard per l'elaborazione istologica. Collocare il tessuto in una cassetta per l'elaborazione istologica e fissarlo in formalina al 10% per almeno 48 ore.
In seguito, il tessuto viene processato come descritto nel testo del protocollo. Un risultato rappresentativo dell'OFDI è illustrato da queste immagini in vivo ottenute dalle vie aeree di suino sotto ventilazione meccanica. Il pannello A è una sezione trasversale OFDI della via aerea prossimale, e il pannello B è una sezione trasversale OFDI della via aerea distale.
Il pannello E mostra una sezione longitudinale OFDI delle vie aeree, con la porzione prossimale a sinistra e quella distale a destra. Il pannello C è un'immagine ingrandita della regione evidenziata in rosso del pannello E. Il pannello D è un'immagine ingrandita della regione evidenziata in verde del pannello E. Il diametro del catetere è di 0,8 millimetri e i trattini graduati rappresentano incrementi di 0,5 millimetri. Sebbene diversi strati della parete delle vie aeree e i collegamenti agli alveoli siano distinguibili nelle immagini OFDI, risulta difficile interpretare con precisione il correlato anatomico dei segnali OFDI senza un confronto diretto con l'istologia. E indica l'epitelio, lp la lamina propria, SM la sottomucosa, C la cartilagine e a i collegamenti agli alveoli.
Utilizzando il protocollo qui dimostrato, si ottiene una precisa correlazione tra OFDI e istologia. Questa immagine OFDI delle vie aeree di suino mostra una correlazione accurata con l'istologia di sezioni di tessuto colorate con ematossilina ed eosina (H e E). Gli asterischi indicano i segni di inchiostro nero visibili sull'epitelio respiratorio.
La stratificazione delle vie aeree può essere visualizzata con le colorazioni H e E e tricromica di Masson. Qui è mostrata un'immagine OFDI a ingrandimento maggiore, con l'istologia corrispondente colorata con H e E e tricromica di Masson. E indica l'epitelio respiratorio, EL i tessuti densi di collagene ed elastici, SM il muscolo liscio C. G indica gli anelli cartilaginei, il tessuto della ghiandola salivare e D il dotto salivare che penetra nell'epitelio. Il muscolo liscio appare come fasce discontinue e disseminate, pertanto non è identificabile mediante OFDI.
In modo analogo, mediante la marcatura del tessuto viene dimostrata una precisa correlazione tra OFDI e istologia nell'ariaio umano. In questa immagine OFDI dell'ariaio prossimale umano, entrambi i segni di inchiostro sono visibili e indicati con un asterisco. È presente una precisa correlazione con l'istologia di sezioni di tessuto colorate con ematossilina-eosina e tricromia nella colorazione ematossilina-eosina.
I segni neri sono visibili sull'epitelio respiratorio indicati dall'asterisco in immagini ad alta magnificazione dell'immagine OFDI e relativa istologia. Le immagini inserite mostrano colorazioni con ematossilina ed eosina e tricromatica. E indica l'epitelio respiratorio, lp la lamina propria, G il tessuto della ghiandola salivare, C gli anelli cartilaginei e pc il pericondrio nell'area respiratoria umana.
È visibile una stratificazione tipica. All'interno del tessuto connettivo lasso sono presenti, alternati, fasci di muscolo liscio colorato di rosso mostrati nei pannelli C e F, che non formano una banda continua e pertanto non risultano visibili come strato distinto in OFDI. Queste due immagini mostrano i risultati dell'OFDI delle vie aeree distali umane e l'istologia h e d precisamente correlata.
I segni neri visibili sull'epitelio respiratorio sono indicati da un asterisco; i legamenti alveolari indicati con a sono visibili come pareti alveolari a reticolo con intensa segnalazione e spazi alveolari privi di segnale. Gli spazi vascolari all'interno della lamina propria sono anch'essi visibili come strutture prive di segnale con lieve attenuazione sottostante indicata dalle frecce. E indica l'epitelio e LP la lamina propria.
I tassi di acquisizione rapidi intrinseci della OFDI consentono l'immagine di aree estese. I dati possono essere visualizzati sia in sezione trasversale che in sezione longitudinale per fornire informazioni aggiuntive sull'architettura del tessuto. Una volta sviluppate le caratteristiche di imaging con questa tecnica, tali caratteristiche possono essere utilizzate per interpretare regioni di imaging prive di istologia abbinata.
Questa tecnica fornisce un metodo per interpretare le caratteristiche di imaging mediante istologia direttamente registrata. Sebbene questa tecnica sia stata dimostrata utilizzando OFDI e tessuto polmonare, può essere applicata a numerose tecniche di imaging e tipi di tessuto. Una volta stabilite le caratteristiche di imaging del tessuto normale e patologico con questa tecnica, tali caratteristiche possono quindi essere applicate all'interpretazione delle immagini in vivo, dove l'istologia direttamente correlata potrebbe non essere disponibile.
Panoramica
In questo articolo viene descritto un metodo per l'acquisizione di immagini di campioni polmonari resecati ex vivo mediante imaging a dominio di frequenza ottica (OFDI) e la correlazione di queste immagini con l'istologia. Questa tecnica è fondamentale per sviluppare criteri specifici di interpretazione OFDI per la patologia polmonare e può essere applicata a diversi tipi di tessuto.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Patologia
- Immagini mediche
Sfondo
- La OFDI consente un'immagine dettagliata dei tessuti polmonari.
- La correlazione istologica è essenziale per un'interpretazione accurata delle immagini.
- I metodi di imaging in vivo esistenti presentano difficoltà nel correlare piccoli campioni bioptici con dataset di imaging più ampi.
- Questo studio mira a stabilire un metodo affidabile per la correlazione tra OFDI e istologia.
Scopo dello studio
- Ottenere correlazioni precise uno-a-uno tra immagini OFDI e istologia.
- Migliorare l'interpretazione delle caratteristiche di imaging nella patologia polmonare.
- Sviluppare criteri di imaging applicabili in futuri studi in vivo.
Metodi Utilizzati
- Utilizzo di cateteri sottili e flessibili per l'immagine OFDI.
- Preparazione di campioni polmonari per l'analisi istologica e l'acquisizione di immagini.
- Contrassegno del tessuto per una corretta correlazione tra immagine e istologia.
- Acquisizione di dati tridimensionali OFDI dai campioni.
Risultati principali
- Imaging riuscita di lesioni polmonari con chiara correlazione alle caratteristiche istologiche.
- Dimostrazione della tecnica mediante l'uso di tessuto suino come modello.
- Definizione di criteri di imaging che potranno essere convalidati in studi futuri.
- Migliore comprensione delle caratteristiche di imaging correlate alla patologia polmonare.
Conclusioni
- La tecnica OFDI fornisce un metodo affidabile per correlare l'imaging con l'istologia.
- Questa correlazione è fondamentale per una valutazione e interpretazione accurate della patologia polmonare.
- Applicazioni future di questo metodo potrebbero migliorare gli studi di imaging in vivo.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Stabilire una correlazione precisa uno-a-uno tra imaging ottico e istologia risolve una lacuna fondamentale nella validazione degli obiettivi in patologia polmonare, dove campioni bioptici limitati ostacolano la riduzione del rischio meccanicistico. Questo metodo consente una fiducia predittiva nei biomarcatori di imaging fornendo criteri basati sull'istologia per l'interpretazione dei segnali OFDI nel tessuto polmonare. L'approccio favorisce la continuità traslazionale dalla scoperta alla valutazione preclinica, stabilendo una registrazione affidabile tra imaging e istologia per lo sviluppo di saggi successivi.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Valore scientifico: Permette l'analisi di ipotesi terapeutiche attraverso la correlazione diretta tra le caratteristiche microstrutturali ottenute mediante OFDI e il gold standard istopatologico.
- Valore operativo: Fornisce procedure riproducibili di marcatura e orientamento del tessuto per un allineamento coerente tra imaging e istologia nei diversi campioni.
- Valore predittivo: Supporta la validazione di biomarcatori stabilendo criteri di imaging che riflettono la patologia sottostante nella patologia dei campioni resecati.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Genera dati quantitativi di OFDI risolti in profondità, registrati rispetto all'istologia, per la standardizzazione dei saggi e la valutazione della riproducibilità.
- Valore operativo: Crea sistemi di imaging biologico validati, adatti a flussi di lavoro di screening ad alto contenuto che richiedono conferma istologica.
- Valore della piattaforma: Permette protocolli di imaging scalabili e riutilizzabili, applicabili a diversi tipi di tessuto oltre ai campioni polmonari.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Facilita la modellizzazione di sistemi rilevanti per la malattia correlando caratteristiche di imaging con endpoint istopatologici in modelli di cancro al polmone ex vivo.
- Valore operativo: Garantisce una continuità traslazionale fornendo criteri di imaging validati istologicamente applicabili a studi in vivo.
- Controllo del rischio: Riduce l'ambiguità meccanicistica nelle decisioni precliniche attraverso la registrazione diretta tra imaging e istologia.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nel percorso di scoperta consentendo un'immagine confermata istologicamente per la validazione del bersaglio, la preparazione del saggio e la continuità preclinica, sostenendo decisioni di avanzamento o interruzione nello sviluppo precoce di terapie polmonari.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi mediante la precisa correlazione tra i segnali di OFDI e l'architettura tissutale istologica.
- Screening: Fornisce output di imaging pronti per il saggio e riproducibili, con conferma istologica, per una valutazione affidabile dei composti nei modelli polmonari.
- Analisi: Offre misurazioni quantitative di OFDI con risoluzione spaziale registrate all'istologia per confronti oggettivi delle condizioni e quantificazione di biomarcatori.
- Ricerca traslazionale: Collega l'imaging della scoperta alla validazione preclinica attraverso criteri correlati all'istologia che collegano applicazioni ex vivo e in vivo.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce un quadro standardizzato e adattabile di correlazione tra imaging e istologia applicabile a diversi tipi di tessuto e modalità ottiche.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva dei biomarcatori di imaging riducendo l'ambiguità interpretativa mediante registrazione diretta con l'istologia.
- Valore operativo: Garantisce standardizzazione e riproducibilità attraverso marcatura del tessuto, orientamento e protocolli di imaging applicabili in diversi laboratori.
- Valore strategico: Migliora la qualità delle decisioni di proseguimento/cessazione fornendo criteri di imaging validati istologicamente che riducono i rischi nell'avanzamento del bersaglio.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione adeguata al rischio delle terapie polmonari grazie a una correlazione affidabile tra imaging e istologia per la conferma del meccanismo d'azione.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche nei sistemi di imaging ottico, nella preparazione dei tessuti e nelle tecniche di colorazione istologica per una correlazione accurata.
- È dipendente da cateteri OFDI specializzati, dispositivi rotativi di trazione/ritrazione e infrastrutture per l'elaborazione istologica per l'acquisizione di dati tridimensionali.
- Necessita di una standardizzazione condivisa tra i team riguardo alle procedure di marcatura e orientamento dei tessuti, per garantire un allineamento coerente tra imaging e istologia.
- Comporta considerazioni di adattamento per diversi tipi di tessuto, inclusi dimensioni del campione, densità e proprietà ottiche che influenzano la penetrazione del segnale.
- È limitato dalla natura ex vivo del protocollo, che richiede campioni ottenuti mediante resezione e potrebbe non catturare i processi fisiologici dinamici in vivo.
