在癌癥的手術治療中，區(qū)分腫瘤和健康組織至關重要。通過在手術過程中增強腫瘤的對比度，熒光標記可以幫助做到這一點。一些標記物顯示出一種稱為“延遲熒光”(DF)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象依賴于檢測“缺氧”(或低氧濃度)，這種情況通常由腫瘤呈現(xiàn)。
缺氧的實時成像可以在腫瘤和健康細胞之間提供高對比度。這可以讓外科醫(yī)生有效地切除腫瘤。然而，用于手術指導的實時缺氧成像尚未實現(xiàn)。
在發(fā)表在《生物醫(yī)學光學雜志》(O) 上的一項新研究中，研究人員提出了一種光學成像系統(tǒng)，可以對呈現(xiàn)慢性或短暫缺氧的腫瘤的組織氧濃度進行實時成像。該團隊通過使用稱為原卟啉 IX (PpIX) 的內源性分子實現(xiàn)了這一目標，該分子在紅色至近紅外區(qū)域顯示 DF。
“這是一個真正獨特的組織局部氧分壓報告器。PpIX 在大多數(shù)組織中由線粒體內源性合成，DF 發(fā)射的特殊性質與低微環(huán)境氧濃度直接相關，”醫(yī)學主席 Brian Pogue 解釋說威斯康星大學麥迪遜分校物理學，達特茅斯學院工程科學教授，該研究的高級作者。“健康細胞幾乎不會顯示 DF，因為它在分子氧的存在下會被淬滅。”
檢測 DF的技術挑戰(zhàn)在于其強度低;背景噪聲使得沒有單個光子檢測器就很難檢測到。
該團隊使用高度敏感的時間門控成像系統(tǒng)克服了這個問題，該系統(tǒng)僅允許在指定的時間窗口內檢測信號。這極大地降低了背景噪聲，并實現(xiàn)了氧分壓 (pO2) 隨采集的 DF 信號變化的寬視場直接映射。結果是實時的代謝信息，是手術指導的有用地圖。
主要作者、達特茅斯學院工程科學博士生 Arthur Petusseau 解釋說：“在快速連續(xù)循環(huán)中同時獲得即時和延遲熒光，可以以一種獨立于 PpIX 濃度的方式對氧氣水平進行成像。”
Petusseau 的團隊使用表現(xiàn)出缺氧腫瘤的胰腺癌小鼠模型證明了他們的技術的有效性。從癌細胞中獲得的 DF 信號比從周圍健康含氧組織中獲得的信號強五倍以上。當在成像前觸診組織以進一步增強瞬時缺氧時，信號對比度進一步增強。
根據(jù)蒙特利爾理工學院工程物理學教授和 O 副主編 Frédéric Leblond 的說法，“Petusseau 團隊報告的結果表明，缺氧成像是一種在癌癥治療中識別腫瘤的有效方法。PpIX DF 檢測使用一種已知的臨床染料和一種已經-批準的人體標記物，具有巨大的手術指導潛力等。”
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