Tissue-simulando Phantoms per valutare il potenziale vicino infrarosso applicazioni di imaging di fluorescenza nella chirurgia del cancro al seno
Summary
Near-infrared fluorescence (NIRF) imaging may improve therapeutic outcome of breast cancer surgery by enabling intraoperative tumor localization and evaluation of surgical margin status. Using tissue-simulating breast phantoms containing fluorescent tumor-simulating inclusions, potential clinical applications of NIRF imaging in breast cancer patients can be assessed for standardization and training purposes.
Abstract
Imprecisioni nella localizzazione del tumore intraoperatoria e la valutazione dei risultati chirurgici stato dei margini in esito ottimale della chirurgia conservativa del seno (BCS). L'imaging ottico, in particolare l'imaging di fluorescenza nel vicino infrarosso (NIRF), potrebbe ridurre la frequenza dei margini chirurgici positivi seguente BCS, fornendo al chirurgo uno strumento per la localizzazione del tumore pre-e intraoperatoria in tempo reale. In questo studio, il potenziale di NIRF guidata BCS è valutata utilizzando fantasmi del seno di tessuto-simulazione per motivi di fini di normalizzazione e di formazione.
Fantasmi del seno con caratteristiche ottiche paragonabili a quelle del tessuto mammario normale sono stati utilizzati per simulare intervento conservativo della mammella. -Tumore simulando inclusioni contenenti il colorante fluorescente verde indocianina (ICG) sono stati inglobati nei fantasmi in luoghi predefiniti e ripreso per la localizzazione del tumore pre e intraoperatorio, la resezione del tumore in tempo reale NIRF-guidata, NIRF-guidatovalutazione sulla portata della chirurgia, e la valutazione postoperatoria dei margini chirurgici. Una telecamera NIRF misura è stato utilizzato come prototipo clinico per scopi di imaging.
Fantasmi del seno contenenti inclusioni-tumorali simulando offrono uno strumento semplice, economico e versatile per simulare e valutare l'imaging tumorale intraoperatorio. I fantasmi gelatinose hanno proprietà elastiche simili a tessuti umani e possono essere tagliati con strumenti chirurgici convenzionali. Inoltre, i fantasmi contengono emoglobina e Intralipid per imitare l'assorbimento e la dispersione di fotoni rispettivamente, creando uniformi proprietà ottiche simili al tessuto mammario umano. Lo svantaggio principale delle immagini NIRF è la profondità di penetrazione limitato di fotoni quando propagazione attraverso il tessuto, che ostacola (non invasiva), l'imaging dei tumori profondi con le strategie epi-illuminazione.
Introduction
Chirurgia conservativa del seno (BCS), seguita da radioterapia è il trattamento standard per i pazienti di cancro al seno con T 1-T 2 carcinoma mammario 1,2. Imprecisioni nella valutazione intraoperatoria della misura di risultato chirurgia dei margini chirurgici positivi in 20 al 40% dei pazienti sottoposti a BCS, che richiede un intervento chirurgico aggiuntivo o radioterapia 3,4,5. Sebbene ampia resezione del tessuto mammario sano adiacente potrebbe ridurre la frequenza dei margini chirurgici positivi, questo sarà anche ostacolare risultato estetico e aumentare comorbidità 6,7. Sono pertanto necessarie nuove tecniche che forniscono un feedback intraoperatoria sulla localizzazione del tumore primario e l'estensione della chirurgia. L'imaging ottico, in particolare fluorescenza nel vicino infrarosso (NIRF) di imaging, potrebbe ridurre la frequenza dei margini chirurgici positivi seguenti BCS, fornendo al chirurgo uno strumento per la localizzazione del tumore pre e intraoperatorio in rEAL-tempo. Recentemente, il nostro gruppo ha riportato sulla prima prova in-umana del tumore-mirato imaging di fluorescenza nei pazienti con tumore ovarico, che mostra la fattibilità di questa tecnica per rilevare i tumori primari e metastasi intraperitoneali ad alta sensibilità 8. Prima di procedere a studi clinici in pazienti con carcinoma mammario, tuttavia, la fattibilità di diverse applicazioni di imaging NIRF tumore-mirato in BCS può già essere valutata preclinico con fantasmi.
Il seguente protocollo di ricerca descrive l'utilizzo dell'imaging NIRF in fantasmi del seno di tessuto-simulazione-tumorali contenenti simulando fluorescenti inclusioni 9. I fantasmi forniscono uno strumento economico e versatile per simulare la resezione localizzazione del tumore pre e intraoperatorio, in tempo reale NIRF-guidato tumore, la valutazione dello stato di margine chirurgico, e l'individuazione di malattia residua. I fantasmi gelatinose hanno proprietà elastiche simili a tessuti umani e possono essere tagliati con s convenzionalestrumenti urgical. Durante la procedura chirurgica simulata, il chirurgo è guidato da informazioni tattili (nel caso di inclusioni palpabili) e l'ispezione visiva del campo operatorio. Inoltre, l'imaging NIRF viene applicato per fornire al chirurgo con feedback in tempo reale intraoperatoria sulla misura della chirurgia.
Va sottolineato che l'imaging NIRF richiede l'uso di coloranti fluorescenti. Idealmente, coloranti fluorescenti dovrebbero essere usati che emettono fotoni nel campo spettrale del vicino infrarosso (650-900 nm) per ridurre al minimo l'assorbimento e la dispersione dei fotoni da molecole fisiologicamente abbondanti nei tessuti (ad esempio, l'emoglobina, lipidi, elastina, collagene, e l'acqua) 10,11. Inoltre, autofluorescenza (cioè, l'attività di fluorescenza intrinseca nei tessuti a causa di reazioni biochimiche nelle cellule viventi) è minimizzato nella gamma spettrale del vicino infrarosso, con conseguente rapporti ottimali 11 tumorale-a-bassa. Con coniugando NIRF tinge di tumore-targefrazioni TED (ad esempio, anticorpi monoclonali), somministrazione mirata di coloranti fluorescenti possono essere ottenuti per applicazioni di imaging intraoperatorie.
Poiché l'occhio umano non è sensibile alla luce nella gamma spettrale del vicino infrarosso, un dispositivo di telecamera ad alta sensibilità è necessaria per l'imaging NIRF. Sono stati sviluppati finora 12 Diversi sistemi di imaging NIRF per uso intraoperatorio. In questo studio, abbiamo utilizzato una generazione personalizzata sistema di imaging NIRF che è stato sviluppato per l'applicazione intraoperatoria in collaborazione con l'Università Tecnica di Monaco di Baviera. Il sistema permette l'acquisizione simultanea di immagini a colori e immagini di fluorescenza. Per migliorare la precisione delle immagini di fluorescenza, uno schema di correzione viene implementato le variazioni di intensità della luce nel tessuto. Una descrizione dettagliata è fornita da Themelis et al. 13
Protocol
Representative Results
Discussion
Abbiamo simulato potenziali applicazioni cliniche della BCS NIRF-guidati attraverso l'uso di fantasmi a forma di seno con inclusioni-tumorali simulazione integrate. Localizzazione intraoperatoria del tumore, la resezione del tumore NIRF-guida, la valutazione sulla portata della chirurgia, e la valutazione postoperatoria di margini chirurgici sono stati tutti trovati fattibile utilizzando un sistema di telecamere NIRF custom-costruire. Rilevamento non invasivo di inclusioni-tumorali simulando fluorescenti era fattibi…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by a grant from the Jan Kornelis de Cock foundation.
Materials
| 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 | N/A | 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 | N/A | 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 | |
| NaH3 | 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 | N/A | 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 | N/A | www.theflarefoundation.org |
| Fluobeam | Fluoptics, Grenoble, France | N/A | www.fluoptics.com |
| Artemis handheld camera | Quest Medical Imaging BV, Middenmeer, the Netherlands | N/A | 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 |
Riferimenti
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