Rak gruczołu krokowego pozostaje jednym z głównych nowotworów złośliwych dotykających mężczyzn na całym świecie, a wczesne wykrycie ma kluczowe znaczenie dla skutecznej interwencji i leczenia1. Historycznie rzecz biorąc, diagnoza raka gruczołu krokowego opierała się w dużej mierze na ocenie histopatologicznej próbek z biopsji gruczołu krokowego, najczęściej za pomocą barwienia hematoksyliną i eozyną (H&E)2. Chociaż są skuteczne, tradycyjne metody analizy biopsji gruczołu krokowego zazwyczaj powodują okres oczekiwania od kilku dni do kilku tygodni, w zależności od miasta lub kraju, ze względu na czynniki proceduralne i logistyczne. Opóźnienia te wynikają z wielu pracochłonnych etapów, w tym utrwalania formaliny, zatapiania parafiny, cięcia i barwienia H&E. W związku z tym skumulowany czas przetwarzania, w połączeniu z dużą ilością próbek biopsyjnych, może opóźnić diagnozę i planowanie leczenia.
Ostatnie postępy w technologiach obrazowania, w szczególności mikroskopia rozpraszania Ramana (SRS), mogą przekształcić praktyki diagnostyczne, zapewniając solidną metodę obrazowania, która nie zawiera tła i jest łatwa do interpretacji 3,4. SRS wykorzystuje dwie wiązki laserowe, wiązkę pompy (ωp) i wiązkę Stokesa (ωs), które oddziałują z próbką. Gdy różnica częstotliwości (Δω = ωp −ωs) odpowiada określonej częstotliwości drgań molekularnych (Ω), sygnał jest wzmacniany z powodu stymulowanego wzmocnienia lub utraty Ramana. Proces ten zwiększa kontrast drgań molekularnych, co pozwala na bardzo czułe obrazowanie tkanek 3,4. SRS umożliwia wykrywanie drgań molekularnych związanych z drganiami rozciągającymi CH2 (2 845 cm-1), korelującymi z lipidami, oraz wibracjami rozciągającymi CH3 (2 930 cm-1), związanymi z białkami i DNA4. Detekcja sygnału SRS zazwyczaj obejmuje schemat przenoszenia modulacji o wysokiej częstotliwości, co pozwala na precyzyjną izolację słabych sygnałów wibracyjnych od szumu tła.
Mikroskopia SRS ma możliwości sekcji optycznej, które umożliwiają precyzyjne obrazowanie trójwymiarowe bez konieczności fizycznego cięcia tkanek. Osiąga się to poprzez wyrównanie i skupienie pompy i wiązek laserowych Stokesa w miejscu ograniczonym dyfrakcją w próbce, gdzie wzbudzane są określone drgania molekularne. Konfokalny charakter SRS, wynikający z jego kwadratowej zależności od intensywności laserów, zapewnia, że sygnały są ograniczone do płaszczyzny ogniskowej, wykluczając nieostre wkłady i dostarczając wysoce zlokalizowanych informacji chemicznych 5,6. To obrazowanie z rozdzielczością głębi zachowuje integralność tkanki, eliminując mechaniczne krojenie, skracając czas przetwarzania oraz zachowując biologiczny i molekularny kontekst próbki.
Opierając się na zasadach SRS, stymulowana histologia Ramana (SRH) wykorzystuje te molekularne dane wibracyjne do tworzenia obrazów pseudo-H&E świeżej, niebarwionej tkanki w czasie rzeczywistym, zapewniając w ten sposób klinicystom szybsze i bardziej wydajne narzędzia diagnostyczne 7,8. Ta zdolność do generowania wysokiej jakości obrazów sprawiła, że SRH jest niezastąpionym narzędziem do badań i potencjalnych zastosowań klinicznych9. Ostatnio śródoperacyjna ocena marginesu za pomocą SRH zapewniła patologiczne sprzężenie zwrotne w czasie zbliżonym do rzeczywistego podczas częściowej ablacji gruczołów i radykalnej prostatektomii, co pozwoliło na natychmiastowe dostosowanie leczenia10,11.
Kamera SRH wykorzystuje wewnętrzne drgania molekularne, aby zapewnić wgląd w skład tkanki. SRH może być stosowany do skutecznego różnicowania tkanek nowotworowych od łagodnych tkanek prostaty poprzez analizę właściwości wibracyjnych CH2 i CH3 7,12. Kamera SRH wychwytuje te drgania i tworzy obrazy pseudo-H&E, które zwiększają kontrast jądrowy, służąc jako szybka alternatywa dla konwencjonalnej histopatologii i dostarczając wysokiej jakości obrazy w ciągu 2-8 minut, w zależności od wielkości tkanki 7,8.
Oceniono skuteczność SRH w szybkim badaniu patologicznym nieprzetworzonych biopsji gruczołu krokowego. Patolodzy zostali przeszkoleni w zakresie interpretacji obrazów SRH z rdzeni biopsji gruczołu krokowego uzyskanych ex vivo z próbek po prostatektomii8. Metoda skanowania SRH została zoptymalizowana, aby umożliwić uzyskanie obrazów o wysokiej rozdzielczości w ciągu kilku minut, co znacznie skróciło wymagany czas w porównaniu z tradycyjną histopatologią. Próbki biopsji zawierające mieszankę łagodnej i złośliwej histologii posłużyły jako zestaw treningowy dla patologów, którzy następnie przeprowadzili ślepą ocenę oddzielnego zestawu biopsji zobrazowanych przez SRH i przetworzonych przez barwienie H&E, aby służyć jako podstawa prawdy. Wyniki wykazały, że średnia dokładność patologa w identyfikacji raka gruczołu krokowego wyniosła 95,7%, z dobrą zgodnością w wykrywaniu klinicznie istotnych nowotworów, co wskazuje, że SRH może skutecznie wspierać diagnozę w czasie zbliżonym do rzeczywistego8.
W kolejnych badaniach zintegrowano sztuczną inteligencję (AI), aby jeszcze bardziej zwiększyć dokładność diagnostyczną, wydajność i łatwość wdrożenia. Ten model sztucznej inteligencji wykorzystuje techniki głębokiego uczenia się do analizy cech wibracyjnych i morfologicznych uchwyconych przez SRH, umożliwiając automatyczną klasyfikację próbek biopsji prostaty na regiony łagodne, nowotworowe i niediagnostyczne, znacznie usprawniając proces oceny patologicznej9. Integracja SRH-AI wykazała imponującą dokładność, osiągając 96,5% w wykrywaniu raka prostaty, przy wskaźnikach czułości i swoistości wynoszących odpowiednio 96,3% i 96,6%9. Dzięki integracji sztucznej inteligencji z SRH osiągnięto skuteczność diagnostyczną dorównującą wydajności doświadczonych patologów.
Dzięki szeroko zakrojonej ocenie SRH z udziałem patologów i opracowaniu modelu sztucznej inteligencji zintegrowanego z obrazem SRH, możliwości tej technologii zostały znacznie zwiększone. Protokół ten określa szczegółowe kroki przygotowania próbek biopsji prostaty, obrazowania ich za pomocą obrazowania SRH i analizowania danych za pomocą narzędzi wspomaganych sztuczną inteligencją. Postępując zgodnie z tymi krokami, naukowcy i klinicyści mogą wykorzystać tę nowatorską technikę do poprawy wykrywania, badań i leczenia raka prostaty.