Abstract
אי דיוקים בלוקליזציה גידול במהלך ניתוח והערכה של תוצאת מעמד שוליים ניתוחית בתוצאה הכי מוצלחת של ניתוח שימור שד (BCS). הדמיה אופטית, בהדמיה מסוימת הקרינה אינפרא אדום קרובה (NIRF), עשויה להפחית את התדירות של שוליים ניתוחיים החיוביים הבאה BCS על ידי מתן המנתח עם כלי ללוקליזציה גידול לפני ותוך ניתוחית בזמן אמת. במחקר הנוכחי, את הפוטנציאל של BCS המודרך-NIRF מוערך באמצעות רוחות רפאים שד מדמה רקמות מסיבות של מטרות תקינה והכשרה.
רוחות רפאים שד עם מאפיינים אופטיים דומים לאלה של רקמת שד נורמלית שמשו כדי לדמות ניתוח שימור שד. תכלילים המכילים ירוק Indocyanine צבע פלואורסצנטי (ICG) הדמיית הגידולים שולבו ברוחות הרפאים במקומות מוגדרים מראש וצלמו עבור לוקליזציה גידול לפני ותוך ניתוחית, כריתת גידול מודרכת-NIRF בזמן אמת, הנחתה-NIRFהערכה על היקף הניתוח, והערכה לאחר ניתוח של שוליים ניתוחיים. מצלמה NIRF מותאמת אישית שימשה אב טיפוס קליני למטרות הדמיה.
רוחות רפאים שד המכילים תכלילים מדמה גידולים להציע כלי פשוט, זול, ותכליתי כדי לדמות ולהעריך את ההדמיה גידול במהלך ניתוח. יש לי רוחות הרפאים דביקות תכונות אלסטיות דומות לרקמה אנושית וניתן לחתוך באמצעות מכשירי ניתוח קונבנציונליים. יתר על כן, רוחות הרפאים מכילים המוגלובין וintralipid לחיקוי קליטה ופיזור של פוטונים, בהתאמה, יצירת תכונות אופטיות אחידות דומות לרקמת שד אנושית. החסרון העיקרי של ההדמיה NIRF הוא עומק החדירה המוגבל של פוטונים כאשר מתפשט דרך רקמות, אשר מעכבת הדמיה (לא פולשנית) של גידולים עמוקים עם אסטרטגיות עלית תאורה.
Introduction
ניתוח שימור שד (BCS) ואחריו הקרנות הוא הטיפול הסטנדרטי בחולי סרטן השד עם T 1 טריקו 2 סרטן השד 1,2. אי דיוקים בהערכה תוך ניתוחית של היקף תוצאת ניתוח בשוליים ניתוחיים חיוביים ב20 עד 40% מהחולים שעברו BCS, דבר המחייב התערבות כירורגית נוספת או 3,4,5 רדיותרפיה. למרות שכריתה נרחבת של רקמת שד בריאה סמוכה עשויה להפחית את התדירות של שוליים ניתוחיים חיוביים, זה יהיה גם להפריע תוצאות קוסמטיות ולהגדיל את 6,7 התחלואה הנלווית. טכניקות חדשניות יש צורך, אפוא, כי לספק משוב במהלך ניתוח על מיקומו של הגידול הראשוני והמידה של ניתוח. הדמיה אופטית, הקרינה אינפרא אדום קרובה הדמיה מסוימת (NIRF), עשויה להפחית את התדירות של שוליים ניתוחיים חיוביים הבאים BCS על ידי מתן המנתח עם כלי ללוקליזציה גידול לפני ותוך ניתוחית בrEAL זמן. לאחרונה, הקבוצה שלנו דיווחה על המשפט ב- האנושי הראשון של דימות פלואורסצנטי ממוקד גידול בחולי סרטן שחלות, המראה את ההיתכנות של טכניקה זו כדי לזהות גידולים ראשוניים וגרורות intraperitoneal עם רגישות גבוהה 8. לפני שאמשיך ללימודים קליניים בחולי סרטן השד, עם זאת, את הכדאיות של יישומים ממוקדי גידול שונים NIRF הדמיה בBCS יכולה כבר להיות מוערכת preclinically באמצעות רוחות רפאים.
פרוטוקול המחקר הבא מתאר את השימוש בהדמית NIRF ברוחות רפאים שד מדמה רקמות המכילות תכלילים מדמה גידולים ניאון 9. רוחות הרפאים לספק כלי זול ותכליתי כדי לדמות כריתת לוקליזציה גידול לפני ותוך ניתוחית, בזמן אמת מודרך-NIRF גידול, הערכה של מצב השוליים הניתוחי, וזיהוי של מחלה שיורית. יש לי רוחות הרפאים דביקות תכונות אלסטיות דומות לרקמה אנושית וניתן לחתוך באמצעות של קונבנציונלימכשירי urgical. במהלך ההליך הכירורגי המדומה, המנתח מונחה על ידי מידע מישוש (במקרה של תכלילים מוחשיים) ובדיקה ויזואלית של שדה הניתוח. בנוסף, ההדמיה NIRF מיושמת כדי לספק למנתח משוב תוך ניתוחי בזמן אמת על היקף הניתוח.
יודגש כי ההדמיה NIRF דורשת השימוש בצבעי ניאון. באופן אידיאלי, יש להשתמש בצבעים ניאון שפולטים פוטונים בטווח הקרוב אינפרא אדום הרפאים (650-900 ננומטר) כדי למזער את הקליטה ופיזור של פוטונים על ידי מולקולות מבחינה פיזיולוגית בשפע ברקמה (למשל, המוגלובין, שומנים, אלסטין, קולגן, ומים) 10,11. יתר על כן, autofluorescence (כלומר, פעילות הקרינה הפנימית ברקמות עקב תגובות ביוכימיות בתאים חיים) ממוזער בטווח הספקטרום הקרוב אינפרא אדום, וכתוצאה מכך יחסי גידול ל-רקע אופטימלי 11. על ידי להטות NIRF צובע לגידולי targemoieties טד (למשל, נוגדנים חד שבטיים), ניתן להשיג אספקה ממוקדת של צבעי ניאון עבור יישומי הדמיה תוך ניתוחיים.
שהעין האנושית אינה רגישה לאור בטווח הספקטרום הקרוב אינפרא אדום, מכשיר מצלמה רגיש מאוד נדרש עבור ההדמיה NIRF. מערכות הדמיה NIRF כמה לשימוש במהלך ניתוח פותחו עד כה 12. במחקר הנוכחי, השתמשנו מותאם אישית לבנות מערכת ההדמיה NIRF שפותחה עבור יישום במהלך ניתוח בשיתוף פעולה עם האוניברסיטה הטכנית של מינכן. המערכת מאפשרת לרכישה בו זמנית של תמונות בצבע ותמונות הקרינה. כדי לשפר את הדיוק של תמונות הקרינה, ערכת תיקון מיושמת לשינויים בעוצמת אור ברקמות. תיאור מפורט מסופק על ידי Themelis et al. 13
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
.1 צור סיליקון תבניות לתכלילים מדמה גידולים
- איסוף פריטים מוצקים של הצורה הרצויה וגודל שיכול לשמש כמודלים לתכלילים הדמית גידולים, למשל, חרוזים או גולות.
- לנקות ביסודיות את המודלים של הגידול. כדי להבטיח הסרה קלה מתבנית סיליקון, ניתן לרסס דגמי גידול עם ספריי אנטי מקל או מכוסה בשכבה דקה של וזלין או שעוות דבורים.
- מניחים כל מודל בכיכר מוקפת חומה תיבה נפרדת דקה (פלסטיק) עם משטח חלק. במידת צורך, לקבע את המודל לחלק התחתון של התיבה כדי לשמור אותו בעמדה. השתמש בתיבה שהיא מעט גדול יותר מהמודל עצמו גידול כדי להימנע מבזבוז כמויות עודפות של סיליקון.
- יוצקים את הכמות הנדרשת של רכיב סיליקון בקערת ערבוב ומוסיף רכיב סיליקון B ב10: 1 יחס לפי משקל. מערבבים את שני המרכיבים ביסודיות. לחלופין, משאבת ואקום יכול לשמש כדי להסיר בועות אוויר מתערובת סיליקון.
- בעדינות פוur תערובת סיליקון בקופסא הפלסטיק כדי למנוע השמנה בועות אוויר. תערובת סיליקון צריכה להיות מעובד בתוך 45 דקות כדי להשיג תוצאות אופטימליות.
- תן לתערובת סיליקון לחזק במשך לפחות 6 שעות לפני חיתוך העובש והסרת דגם הגידול. לחלופין, עובש סיליקון ניתן לחתוך בדפוס זגזג כדי לאפשר לו להשתלב בחזרה ביחד בצורה נקיה. כוח מרבי של סיליקון מתקבל לאחר 3 ימים.
.2 יצירת תמיסת מלח שנאגר טריס
- ליצור פתרון שנאגר מלוח טריס (TBS) על ידי הוספת 6.1 g (50 מ"מ) טריס ו8.8 g (150 מ"מ) NaCl למים ללא יונים 800 מ"ל.
- הוספת 1.0 g (15 mmol) של נאן 3 לחסום חמצון של המוגלובין (שלב 3.3 ו4.4) ולעכב התפתחות חיידקים. זהירות: NaN 3 הוא רעל חמור. זה עלול להיות קטלני במגע עם עור או במקרה של בליעה. הרעילות של המתחם הזה היא דומה לזו של ציאנידים אלקלי מסיסים והמנה הקטלנית לאדם בוגרהוא על 0.7 גרם. תמיד פעל לפי הוראות הבטיחות כפי שנקבע על ידי היצרן.
- התאם את רמת החומציות ל7.4 ולהביא את נפח 1,000 מ"ל עם מים ללא יונים.
.3 יצירת תכלילים פלורסנט
- הוסף 2 agarose גרם ל50 TBS מ"ל מהצעד .2 נקודת ההתכה גבוהה יותר של agarose בהשוואה לג'לטין (שלב 4.2) ימנע תכלילים מהמסה ודולפים צבע פלואורסצנטי כאשר הניח ג'לטין המומס. לחלופין, הסכום של agarose הוסיף ניתן לשנות ל1 גרם או 3 כדי לקבל תכלילים גידול רכים יותר או מוחשיים, בהתאמה.
- מחממים את תערובת agarose באמצעות מיקרוגל עד שתגיע לנקודת הרתיחה. מערבבים היטב עד agarose נמס לגמרי.
- הוספת 1.1 גרם המוגלובין (17 μmol) ו5 מ"ל 20% intralipid מומסים ב50 מ"ל של TBS לתערובת agarose תחת בחישה מתמדת להידמות המאפיינים האופטיים של הרקמה הסובבת פנטום שד (שלב 4).
- הוספת 20.0 מ"ג (25.8 Μmol) של צבע Indocyanine הניאון הירוק ל83.8 מ"ל מים deionized. ודא הצבע נמס לגמרי.
- Pipet 5.0 מ"ל מפתרון זה ולהוסיף אותו לתערובת agarose להשיג ריכוז סופי של 14 מיקרומטר. לחלופין, צבעי ניאון אחרים מאשר ICG יכולים לשמש אם רצויים עם הריכוז האופטימלי שלהם.
- בעדינות למלא את תבניות סיליקון יצרו בשלב 1 עם תערובת agarose החמה באמצעות מזרק (איור 1 א). חזור על תהליך זה עד שכל התבניות מלאות.
- בואו תכלילים הניאון לחזק ב RT במשך כשעה. הגן על תכלילים מאור על ידי כיסוי כל התבנית ברדיד אלומיניום.
- לאחר התמצקות, בעדינות לפתוח את העובש ולחץ את ההכללה (איור 1). לחלופין, השתמש בקצה של המזרק כדי להחיל טיפות קטנות של תערובת agarose נמסה על פני השטח של ההכללה. על ידי חזרה על תהליך זה כמה פעמים באותו המיקום, tu הקטןניתן ליצור דורבנות מור כדי לדמות גידולי infiltrative.
- הגן על תכלילים agarose מהאור והתייבשות על ידי עטיפתם בנייר אלומיניום ולאחסן אותם במכל אחסון humidified על 4 מעלות צלזיוס.
הערה: השימוש בריכוזי צבע פלואורסצנטי נמוכים יותר או גבוהים יותר מאופטימלי הריכוז הידוע יהיה גם התוצאה בעוצמת אות ניאון פחתה. ההפחתה לכאורה בניגוד לאינטואיציה בעוצמת אות עם עלייה בריכוזי צבע מעל ריכוז צבע פלואורסצנטי האופטימלי בשל תופעה הידועה במרווה. בעת ההערכה החדירה לעומק המקסימאלי של צבע פלואורסצנטי ברוחות רפאים, באמצעות הריכוז האופטימלי הוא חובה.
.4 צור פנטומים שד
- להשיג עובש בצורת כוס כדי ליצור רוחות רפאים שד בגודל הרצוי והנפח, למשל, קערת זכוכית או פלסטיק. העובש צריך משטח חלק כדי למנוע צורת ג'לטין דבקות בעובש. Volum עובשדואר של 500 מ"ל ייצור רוחות רפאים שד בגודל מספיק.
- כדי ליצור פנטום שד עם נפח של 500 מ"ל, להוסיף 50 גרם של פריחת 250 ג'לטין 500 TBS מ"ל (שלב 2). מחממים את תערובת הג'לטין ל50 מעלות צלזיוס מתחת ערבוב מתמיד.
- ברגע שאת הג'לטין נמס לגמרי, לתת לתערובת הג'לטין להתקרר בהדרגה ולתחזק אותו בטמפרטורה קבועה של 35 מעלות צלזיוס באמצעות אמבט מים חם.
- תחת בחישה מתמדת, להוסיף 5.5 גרם המוגלובין (85 mmol) שור ו25 מ"ל 20% intralipid כדי לדמות קליטה ופיזור של פוטונים ברקמה, בהתאמה.
- Prechill העובש בצורת הכוס על 4 מעלות צלזיוס במשך שעה לפחות 1. , הבא לשפוך את תערובת הג'לטין בעובש לרמה שמתאימה לעומק המוגדר מראש של הכללת מדמה הגידולים agarose (איור 1 ג). תן לתערובת הג'לטין לחזק על 4 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות לשעה אחת.
- לאחר התמצקות, למקם הכללת agarose ניאון המדמה גידולים על פני השטח של הפנטום ואופן זמני לקבע הכללה עם מחט קטנה. עד למקסימום של שלושה תכלילים ניאון המדמה גידולים יכול להיות משולב בפנטום שד אחד. מספיק מקום (5 ס"מ לפחות) צריך להיות כל הזמן בין תכלילים פרט לדמות גידולים (1D איור).
- יוצקים את שארית תערובת הג'לטין החמה שבנותר עובש הנפח, המאפשר לדבקות של שני השכבות מבלי ליצור חפצים שבירה. סמן את המיקום של תכלילים הדמית גידולים ניאון על התבנית. בואו הפנטום לחזק O / N ב 4 מעלות צלזיוס.
- ברגע שהקרושה, להסיר את המחטים המשמשות לקיבוע זמני של תכלילים ובעדינות להסיר את פנטום השד מעובשה (איור 1E). הגן על פנטום השד מהאור והתייבשות על ידי עטיפתו בנייר אלומיניום ולאחסן אותו במכל אחסון humidified על 4 מעלות צלזיוס.
יור 1 "FO: תוכן width =" "src =" 5in / קבצים / ftp_upload / 51,776 / "width =" 51776fig1highres.jpg 500 "/>
איור 1 צעדי סדרתית של יצירת רוחות רפאים שד המכילים תכלילים מדמה גידולים ניאון. לאחר יצירת תבניות סיליקון של הצורה וגודל הרצויים, את התבניות מלאות בתערובת agarose מותכת באמצעות מזרק (). תכלילים מדמה גידולים של שונה גודל וצורה יוצרו במחקר הנוכחי (B). בשלב בא, בשכבה דקה של תערובת הג'לטין נמסה היא שפך במותאם אישית עובש מצופה שד עץ (C). לאחר התמצקות, תכלילים מדמה הגידולים ממוקמים, מקובעים באופן זמני, ומכוסים בשכבה נוספת של תערובת נמסה ג'לטין (ד '). לאחר התמצקות, פנטום השד מוסר בעדינות מהתבנית שלו (E). הפנטום אז יכול להיות מיושם ליישומי הדמיה שונים NIRF הדמיה (F).נ"צ = "קבצים / ftp_upload / 51,776 / / 51776fig1highres.jpg" target = "_blank"> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
.5 הגדר את מערכת המצלמה NIRF
- מערכת מצלמה NIRF ליישום תוך ניתוחי נדרשת להדמיית ההדמיה NIRF ממוקדת בניתוח סרטן השד. מערכות הדמיה NIRF כמה להדמיה תוך ניתוחי NIRF בזמן אמת כרגע זמינות לשימוש מחקרי. למרות שחלק מהבדלים בין התקנים אלה קיימים, כל שהם מכילים מקור אור העירור (לעירור של תכלילים גידול ניאון) ומכשיר הדמיה רגיש מאוד לגילוי של פוטונים נפלטים.
- הקפד להשתמש במקור אור העירור של אורך גל מספיק. עבור תכלילים הדמית גידולים המכילים ICG, להשתמש במקור אור עירור (למשל, לייזר) שפולט פוטונים בין 750 ו800 ננומטר. אם נעשה שימוש בצבע פלואורסצנטי חלופי, גל העירור צריך להיות מותאם להתאים ma ההוראות של nufacturer.
- במקרה מערכת המצלמה NIRF מכילה מסנן פליטה לסנן אותות רקע לא רצויים, לוודא כי המסנן הנכון ב. עבור תכלילים הדמית גידולים המכילים ICG, להשתמש במסנן פליטה בין 800 ו850 ננומטר. צבעי ניאון אלטרנטיביים עשויים לדרוש מסנני פליטה שונים, בהתאם להוראות היצרנים.
הערה: ודא שיש אפס חפיפה בין העירור ואורכי גל הפליטה כדי למנוע תמונות oversaturated. בנוסף, זמן רכישת תמונה ייתכן שיצטרך להיות מותאם כדי להשיג תמונות ניאון אופטימליות. במקרה של תכלילים ניאון עמוקים או אותות ניאון חלשים, זמן רכישת תמונה ניתן להגדיל עד כמה שניות לדקות. במקרה של תכלילים שטחיים או אותות ניאון חזקים, זמן רכישה יכול להיות ירידה לכמה אלפית שניים כדי לאפשר לדימות פלואורסצנטי וידאו שער בזמן אמת.
- קח את פנטום השד מדמה רקמות מיכל שלו ומניח אותו על משטח שטוח nonfluorescent. בשלב הבא, תציב את מכשיר ההדמיה NIRF מעל פנטום השד, והשאיר מרחק עבודה מספיק לכריתה של תכלילים מדמה גידולים.
- למקם את הכללת ניאון המדמה גידולים באמצעות הדמיה ו / או מישוש של שד פנטום NIRF. במקרה ניתן לאתר שום אות ניאון, ההכללה ממוקמת גם עמוקה מדי בפנטום לגילוי או זמן רכישת תמונה צריך להיות מוגבר.
- ברגע שההכללה היא מקומית, לחתוך את שד הפנטום ולהסיר את הכללת הדמיית גידולים תחת בזמן אמת NIRF-הדרכה באמצעות מכשירי ניתוח קונבנציונליים. לחלופין, ההכללה ניתן נכרת מודרכת אך ורק על ידי בדיקה ומישוש של פנטום השד חזותי כדי לדמות את רמת הטיפול.
- מייד לאחר ההסרהשל הכללת מדמה גידולים, תמונת החלל כירורגית לכל פעילות ניאון שנותרה מצביעה על כריתה בלתי מספקת.
- במקרה של כל פעילות ניאון שנותרה, יחתוך את שריד ההכללה תחת הדרכת NIRF הישירה עד אין אות ניאון נשארה.
- תמונה שברי הפנטום נכרתו כדי לדמות הערכת מצב שוליים מקרוסקופית מודרכת-NIRF. לעתירה, פורסת את רקמת הפנטום ב3 - 5 לוחות מ"מ ותמונת הלוחות בהתאם. אות הקרינה להגיע לשולים הניתוחיים מלמדת על קיומו של שוליים ניתוחיים חיוביים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
תוצאות ממחקר זה כבר דיווח בעבר במקום אחר 9.
הנתונים שלנו מראים כי ההדמיה NIRF ניתן ליישם כדי לזהות תכלילים מדמה גידולים ניאון ברוחות רפאים שד מדמה רקמות, המדמה ניתוח שימור שד מודרך-NIRF בחולות סרטן השד. שימוש במודל הפנטום שלנו נמצא לוקליזציה תוך ניתוחית של גידול, כריתת גידול מודרכת-NIRF, הערכה תוך ניתוחית של שולי חלל כירורגית, וזיהוי של מחלה שיורית להיות ריאלי (איור 2). בקיצור, בסך הכל ארבעה שדי רפאים יוצרו, כל המכילים שני תכלילים ניאון עם ממדים ו / או מורפולוגיה (טבלה 1) ברורים.
תכלילים מדמה גידולים ניאון הוסרו בניתוח מפנטום השד הראשון והשני באמצעות מכשירי ניתוח קונבנציונליים. כריתה של תכלילים הייתה מונחה על ידי מישוש ובדיקה ויזואלית של operatשדה ive. המנתח נתבקש לפעול על שד הפנטום עד תכלילים מדמה הגידולים הוסרו לחלוטין. בשלב בא, המצלמה הקרינה המותאמת אישית יושמה כדי לסרוק את החלל כירורגית לכל אותות ניאון שנותרו. במקרה של כריתה חלקית, שצוינה על ידי אותות הקרינה שנותרו חזקים, המנתח נתבקש לכרות שריד ההכללה תחת בזמן אמת NIRF הדרכה. בשתי כריתת פנטום # 1 והמס '2, של אחד משני תכלילים מדמה גידולים לא היה שלם, כפי שמעידים על ידי אותות הקרינה שנותרו חזקים שמקורם בחלל הניתוחי. במקרה של כריתה חלקית לאחר הניסיון הניתוחי הראשון, המנתח זוהה ונכרת הכללת השריד תחת הדרכת NIRF במהלך אותו ההליך (theranostic מה שנקרא). Reexcision תחת הדרכת NIRF הישירה הביא להסרה מלאה של שריד ההכללה בניסיון הניתוחי השני בכל המקרים, ואילו לא היה צורך לכרות volum הגדולes של רקמת פנטום.
בפנטום השד השלישי והרביעי, NIRF מודרך לוקליזציה והסרה כירורגית של תכלילים הניאון בוצע בניסיון הניתוחי הראשון. בעת שהתקרב תכלילים ניאון המדמה גידולים, המנתח היה צג שברשותו שעליו אות הקרינה הייתה מוקרנת בזמן אמת. בפנטום השד הרביעי, הכללת מדמה גידולים הממוקמת ב3.0 סנטימטר עומק הייתה רק לגילוי לאחר חיתוך רקמת הפנטום כ 1 סנטימטר. בפנטום השד השלישי, שני תכלילים מדמה הגידולים הוסרו באופן קיצוני בניסיון הניתוחי הראשון, ואילו הסרת הכללת infiltrative אחד בפנטום הרביעי נמצאה שלם. Reexcision תחת NIRF-הדרכה ישירה הביא להסרה מלאה של שריד הגידול בפנטום זה.
לאחר הניתוח, שברי רקמת פנטום כרותים היו לחתוך ל3 שקופיות מ"מ וצלמו באמצעות המצלמה sys NIRFTEM כדי לדמות הערכה מקרוסקופית vivo לשעבר של המעמד השולי כירורגית. בכל המקרים, ההדמיה NIRF לאחר ניתוח באופן ברור מתואר הגבולות של תכלילים מדמה גידולים וציינה האם גידולי השריד נכח בשוליים הניתוחיים (איור 2 ג).
איור 2 הסימולציה NIRF הדמיה ברוחות רפאים שד. רוחות רפאים שד מדמה-רקמות המכילות תכלילים מדמה גידולים ניאון יושמו לסימולציה של לוקליזציה תוך ניתוחית של גידול (), הסרת גידול מודרכת-NIRF (B), וNIRF מודרך הערכה של שוליים כירורגיים מעמד (C). שונה מ:.. Pleijhuis et al, EJSO (2011) Plלהקל לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
כללי .1 שולחן של הרכב פנטום. 
סכום כולל של 4 רוחות רפאים הופקו, המכיל שני תכלילים ניאון המדמה גידולים כל אחד מגודל וצורה שונים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
אנחנו מדומים יישומים קליניים פוטנציאליים של BCS המודרך-NIRF באמצעות רוחות רפאים בצורת שד עם תכלילים מדמה גידולים משולבים. לוקליזציה תוך ניתוחית של גידול, כריתת גידול מודרכת-NIRF, הערכה על היקף הניתוח, וההערכה לאחר ניתוח של שוליים ניתוחיים היו כל מצאו אפשריים באמצעות מערכת מצלמה מותאמת אישית לבנות NIRF. זיהוי לא פולשנית של תכלילים מדמה גידולים ניאון היה אפשרי רק לתכלילים ממוקמים ברקמות הפנטום בעומק של 2 סנטימטר או פחות. Intraoperatively, עם זאת, את עומק חדירת אות המוגבל הוחלט במידה רבה על ידי טבעו של ניתוח BCS, שבו המנתח יביא הרקמות של עניין קרוב יותר אל פני השטח על ידי חריטת הרקמה שכיסה.
יש הדמיה NIRF במהלך ניתוח כמה יתרונות חשובים, ובהם החוסר של קרינה מייננת, בטיחות כללית של הטכניקה, ורזולוציה גבוהה 9,14. יתר על כן technique מציע משוב בזמן אמת למנתח הנוגע להיקף הניתוח ומאפשר אינטגרציה מיידית של תמונות ניאון עם תמונות צבע של השדה האופרטיבי ללוקליזציה מדויקת יותר של אות ניאון 13.
כפי שצוין לעיל, חסרון חשוב של ההדמיה NIRF הוא העומק חדיר לרקמות המוגבלת של אותות אופטיים עקב הקליטה והפיזור של פוטונים על ידי בוחרי רקמה מסוימים 10,11. כדי להתאים את המאפיינים האופטיים של רקמת שד נורמלית, המוגלובין וintralipid נוספו לרוחות הרפאים שלנו לקליטה ופיזור של פוטונים, בהתאמה 10,15. חסרון שני של ההדמיה NIRF במהלך ניתוח הוא חוסר היכולת לכמת אותות ניאון בעת ביצוע הדמיה דו ממדית בשל יחס קוי בין עוצמת אות וריכוז של צבע פלואורסצנטי 10.
במחקר הנוכחי, השתמשנו NIRF מותאם אישיתמצלמה לשימוש במהלך ניתוח. המערכת רוכשת את שני תמונות הצבע וקרינה דו ממדיות של שדה הניתוח. מכשירי הדמיה NIRF במהלך הניתוח אחרים זמינים גם עם אסטרטגיות הדמיה שונות במקצת 12. לרוע המזל, בניסויים רבים מרכזיים, השימוש במערכות הדמיה שונות והגדרות עשויות להשפיע על תוצאות שהושגו בין מוסדות. שימוש ברוחות רפאים עם סכומים ידועים של צבע פלואורסצנטי יכול לעזור בפתרון בעיה זו על ידי מתן כלי לכיול מערכת הדמיה שונה. בנוסף, רוחות הרפאים יכולים לשמש למטרות הכשרה וסטנדרטיזציה של הליכים כירורגיים מודרכים-NIRF.
כפי שנאמר קודם, צבעי ניאון הם תנאי הכרחי להדמית NIRF. אנחנו בחרנו להשתמש ICG לתכלילים הדמית הגידולים שלנו, כי זה בכיתה הקלינית רק צבע פלואורסצנטי קרוב אינפרא אדום זמינה כרגע. fluorophores החדש (למשל, IRDye 800CW) פועלים כעת לפיתוח וצפוי לקבל approval לשימוש קליני בעתיד הקרוב. שלא כמו ICG, אשר לא ניתן מצומדת בצורתו אושרה קליני, fluorophores החדש כמו 800CW, ניתן מצומדת בקלות למולקולות ביולוגיות. נטיה של fluorophores החדש אלה לליגנד ממוקד גידול או נוגדנים חד שבטיים מאפשרת משלוח ספציפי של צבע פלואורסצנטי לתאים סרטניים. ואכן, מחקרים קליניים ופרה קליניים כבר הראו ההיתכנות של ההדמיה NIRF של גידולים שכותרתו fluorophore והצביעו ניתוח מונחה NIRF כדי לשפר את התוצאה ניתוחית 8,13,17,18,19,20.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
יש לי המחברים אין לחשוף.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bovine hemoglobin | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | H2500 | Simulates absorption of photons in tissue |
| Intralipid 20% | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | I141 | Simulates scattering of photons in tissue |
| Silicone A translucent 40 (2-components poly-addition silicone) | NedForm, Geleen, The Netherlands | Package consists of components A and B, that should be mixed one on one (A:B=10:1). Link to manufacturers page: http://tinyurl.com/ncjq7jx | |
| Gelatine 250 Bloom | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | 48724 | Construction of breast-shaped phantoms |
| Agarose | Hispanagar, Burgos, Spain | Construction of tumor-simulating inclusions | |
| Tris | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | T1503 | |
| HCl | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | 258148 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands | S9888 | |
| NaN3 | Merck, Darmstadt, Germany | 822335 | CAUTION: severe poison. The toxicity of this compound is comparable to that of soluble alkali cyanides and the lethal dose for an adult human is about 0.7 grams. |
| Examples of NIRF imaging devices for intraoperative application: | |||
| T2 NIRF imaging platform | SurgVision BV, Heerenveen, The Netherlands | Customized NIRF imaging system used in the current study. More details available at www.surgvision.com | |
| Photodynamic Eye | Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH, Herrsching am Ammersee, Germany | PC6100 | www.iht-ltd.com |
| FLARE imaging system kit | The FLARE Foundation Inc, Wayland, MA, USA | www.theflarefoundation.org | |
| Fluobeam | Fluoptics, Grenoble, France | www.fluoptics.com | |
| Artemis handheld camera | Quest Medical Imaging BV, Middenmeer, the Netherlands | www.quest-mi.com | |
| Examples of NIRF fluorescent dyes for intraoperative application: | |||
| Indocyanine green | ICG-PULSION, Feldkirchen, Germany | PICG0025DE | Clinical grade fluorescent dye for NIRF imaging used in the current study. More details available at www.pulsion.com |
| IRDye 800CW NHS Ester | LI-COR Biosciences, Lincoln, NE, USA | 929-70021 | www.licor.com |
References
- Bellon, J. R., et al. ACR Appropriateness Criteria® Conservative Surgery and Radiation - Stage I and II Breast Carcinoma. The Breast Journal. 17 (5), 448-455 (2011).
- Kaufmann, M., Morrow, M., Von Minckwitz, G., Harris, J. R. The Biedenkopf Expert Panel Members. Locoregional treatment of primary breast cancer. Cancer. 116, 1184-1191 (2010).
- Pleijhuis, R. G., et al. Obtaining adequate surgical margins in breast-conserving therapy for patients with early-stage breast cancer: current modalities and future directions. The Annals of Surgical Oncology. 16, 2717-2730 (2009).
- Singletary, S. E. Surgical margins in patients with early-stage breast cancer treated with breast conservation therapy. American Journal of Surgery. 184 (5), 383-393 (2002).
- Jacobs, L. Positive margins: the challenge continues for breast surgeons. Annals of Surgical Oncology. 15 (5), 1271-1272 (2008).
- Krekel, N., et al. Excessive resections in breast-conserving surgery a retrospective multicentre study. The Breast Journal. 17 (6), 602-609 (2011).
- Wood, W. C. Close/positive margins after breast-conserving therapy: additional resection or no resection? Breast. 22, 115-117 (2013).
- Van Dam, G. M., et al. Intraoperative tumor-specific fluorescence imaging in ovarian cancer by folate receptor-α targeting: first in-human results. Nature Medicine. 17 (10), 1315-1319 (2011).
- Pleijhuis, R. G., et al. Near-infrared fluorescence (NIRF) imaging in breast-conserving surgery: assessing intraoperative techniques in tissue-simulating breast phantoms. European Journal of Surgical Oncology. 37 (1), 32-39 (2011).
- Baeten, J., Niedre, M., Dunham, J., Ntziachristos, V. Development of fluorescent materials for Diffuse Fluorescence Tomography standards and phantoms. Optics Express. 15 (14), 8681-8694 (2007).
- Luker, G. D., Luker, K. E. Optical imaging: current applications and future directions. Journal of Nuclear Medicine. 49 (1), 1-4 (2007).
- Keereweer, S., et al. Optical image-guided surgery - Where do we stand? Molecular Imaging Biology. 13 (2), 199-207 (2011).
- Themelis, G., Yoo, J. S., Soh, K. S., Shulz, R., Ntziachristos, V. Real-time intraoperative fluorescence imaging system using light-absorption correction. Journal of Biomedical Optics. 14 (6), 064012 (2009).
- Themelis, G., et al. Enhancing surgical vision by using real-time imaging of αvβ3-integrin targeted near-infrared fluorescent agent. Annals of Surgical Oncology. 18 (12), 3506-3513 (2011).
- De Grand, A. M., et al. Tissue-like phantoms for near-infrared fluorescence imaging system assessment and the training of surgeons. Journal of Biomedical Optics. 11 (1), 014007 (2006).
- Intes, X. Time-domain optical mammography SoftScan: initial results. Academic Radiology. 12 (10), 934-947 (2005).
- Kirsch, D. G., et al. A spatially and temporally restricted mouse model of soft tissue sarcoma. Nature Medicine. 13 (8), 992-997 (2007).
- Tafreshi, N. K., et al. Noninvasive detection of breast cancer lymph node metastasis using carbonic anhydrases IX and XII targeted imaging probes. Clinical Cancer Research. 18 (1), 207-219 (2012).
- Nguyen, Q. T., Tsien, R. Y. Fluorescence-guided surgery with live molecular navigation - a new cutting edge. Nature Reviews Cancer. 13 (9), 653-662 (2013).
- Orosco, R. K., Tsien, R. Y., Nguyen, Q. T. Fluorescence imaging in surgery. IEEE Reviews in Biomedical Engineering. 6, 178-187 (2013).
