Экспериментальная система состоит из специальной камеры, разработанной и разработанной в Cedars-Sinai, и нового целевого средства визуализации, основанного на синтетической версии небольшого белка — пептида, обнаруженного в яде скорпиона-ловца смерти. Агент визуализации, Tumor Paint BLZ-100, продукт Blaze Bioscience Inc., является домом для опухолевых клеток головного мозга. При возбуждении лазером в ближней инфракрасной части спектра он излучает свечение, невидимое для глаза, но может быть зафиксировано камерой.
Результаты исследований на животных, опубликованные в виде тематической статьи в февральском номере Neurosurgical Focus, служат основой для начала клинических испытаний на людях. Система будет использоваться во время операции, чтобы определить, позволяет ли нейрохирургам удалить больше опухоли и сохранить больше здоровых тканей.Злокачественные опухоли головного мозга, называемые глиомами, являются одними из самых смертельных опухолей, пациенты обычно выживают примерно через 15 месяцев после постановки диагноза. «Мы знаем, что статистика выживаемости увеличится, если мы сможем удалить всю опухоль, но невозможно визуализировать невооруженным глазом, где останавливается опухоль и начинается ткань мозга, а современные системы визуализации не обеспечивают окончательного представления», — сказал Кейт Блэк. , Доктор медицинских наук, заведующий кафедрой нейрохирургии, профессор, старший автор статьи.«Глиомы имеют щупальца, которые проникают в нормальные ткани и представляют собой большие проблемы для нейрохирургов: удаление слишком большого количества нормальной мозговой ткани может иметь катастрофические последствия, но прекращение полного удаления дает оставшимся раковым клеткам фору для роста снова.
Вот почему мы работали над тем, чтобы разработать системы визуализации, которые обеспечат четкое различие — во время операции — между пораженной тканью и нормальным мозгом ", — сказал Блэк, директор нейрохирургического института Максин Дуниц, директор Центра опухолей мозга Джонни Л. Кокрена младшего и Рут и кафедрой неврологии Лоуренса Харви.В исследованиях на лабораторных мышах с имплантированными опухолями головного мозга человека новое устройство четко отделяло опухолевую ткань от нормальной ткани мозга. Кроме того, благодаря способности ближнего инфракрасного света проникать глубоко в ткань система выявляла опухоли, которые мигрировали от основной опухоли и не могли быть обнаружены.
Прамод Бьютт, MBBS, доктор философии, научный сотрудник и доцент кафедры нейрохирургии, первый автор статьи, сказал, что процесс визуализации опухоли состоит из двух частей: использование флуоресцентного «красителя», который прилипает только к раковым клеткам, и использование лазер и специальная камера, чтобы невидимое изображение было видимым.Чтобы нанести краситель в опухоль, его связывают с пептидом, называемым хлортоксином, который, вопреки своему названию, не токсичен. Он полностью игнорирует нормальные ткани, но ищет и связывается с различными злокачественными опухолевыми клетками. Сначала он был получен из яда желтого израильского скорпиона, которого также называют ловчим смерти.
Соавтор статьи Адам Мамелак, доктор медицинских наук, профессор нейрохирургии и директор функциональной нейрохирургии, более десяти лет изучал синтетическую версию хлортоксина и его свойства нацеливания на опухоли.В этом исследовании хлортоксин был связан с молекулой индоцианинового зеленого — красителя ближнего инфракрасного диапазона, версия которого уже одобрена Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.
Комбинация хлортоксин-индоцианин-зеленый — Tumor Paint BLZ-100 — излучает свечение при стимуляции ближним инфракрасным светом.«Введенный внутривенно, хлортоксин выявляет опухоль головного мозга, неся с собой индоцианин зеленый, который использовался во множестве медицинских изображений.
Когда мы освещаем ткань лазером в ближнем инфракрасном диапазоне, опухоль светится. Но излучаемое свечение опухоль невидима для человеческого глаза », — сказал Бьютт, чей MBBS является индийским эквивалентом доктора медицины. Устройство камеры, разработанное в лаборатории Бьютта, решает эту проблему, делая два изображения и объединяя их на мониторе высокой четкости.«Другие экспериментальные системы, которые мы видели, в которых используются другие методы нацеливания на опухоль, — больше и громоздче, потому что они состоят из двух камер», — сказал Батт. «Наше устройство с одной камерой делает изображения в ближнем инфракрасном и белом свете одновременно.
Это достигается за счет попеременного стробирования лазера и обычного белого света на очень высоких скоростях. Глаз видит только нормальный свет, но камера улавливает белый свет один раз, затем, снова и снова, ближний инфракрасный свет. Затем мы накладываем два изображения высокой четкости.
Изображение с лазера показывает опухоль, а изображение, полученное с помощью белого света, показывает видимый «пейзаж», чтобы мы могли видеть, где опухоль находится в контексте. к тому, что мы действительно видим ".Прототип компактен, но авторы заявили, что они работают над тем, чтобы следующие поколения стали еще меньше, легче и портативнее, поэтому устройству потребуется очень мало места в операционной, что позволит нейрохирургу сосредоточиться на операционном микроскопе и уделять мало внимания операционному микроскопу. система визуализации. «Мы надеемся, что со временем камеру можно будет транспортировать в небольшой сумке, но мы не жертвуем качеством изображения ради портативности», — сказал Батт. «Фактически, большинство систем, в которых используются две камеры, теряют много света. Но из-за специальных фильтров, которые мы используем, и того, как мы их размещаем, мы теряем очень мало света.
И, судя по тому, что мы видели и тестировали, наше устройство обеспечивает примерно В 10 раз большая чувствительность и контрастность, чем у других ".В редакционной статье, сопровождающей статью в журнале, Дэвид В. Робертс, доктор медицины, из отделения нейрохирургии Медицинской школы Гейзеля в Дартмутском колледже, сказал, что статья Cedars-Sinai представляет новое направление, в котором вполне может быть применена хирургия под контролем флуоресценции. во главе ". Он отметил, что исследователи преодолели одно из ограничений технологии ближнего инфракрасного диапазона — то, что он находится за пределами видимой части спектра. «В этом отношении Бьютт и его коллеги внесли свой вклад в эту область, реализовав чувствительную и эффективную оптическую систему.
Они хорошо охарактеризовали ее работу на фантомных моделях и моделях животных, продемонстрировав доказательство концепции и осуществимость».