PLoS ONE: Intraoperativ Near-Infrared Imaging kan skelne kræft fra Normal Tissue men ikke Inflammation

Abstrakt

Introduktion

Definition tumor fra ikke-tumorvæv er en af ​​de store udfordringer for kræft kirurgi. Kirurger er afhængige af visuelle og taktile spor at vælge, hvilke væv skal fjernes fra en patient. For nylig har vi og andre hypotese nærinfrarøde (NIR) billeddannelse kan anvendes under operation for at skelne tumorer fra normalt væv.

Metoder

Vi indskrevet 8 hjørnetænder og 5 mennesker undergår cancer kirurgi for NIR billeddannelse. Patienterne blev injiceret med indocyaningrøn (ICG), en FDA-godkendt non-receptor specifik NIR farvestof, der ophobes i hyperpermeable væv, 16-24 timer før kirurgi. Under operationen blev NIR billeddannelse anvendt til at skelne tumoren fra ikke-tumorvæv.

Resultater Salg

NIR imaging identificeret alle tumorer med en gennemsnitlig signal-til-baggrund-forhold på 6,7. Optiske billeder var nyttig under kirurgi i diskriminere normalt væv fra kræft. I 3 hunde sager og en menneskelig tilfælde blev vævet omkring tumoren betændt på grund af obstruktion af den vaskulære forsyning grundet masse effekt. I disse tilfælde kunne NIR imaging ikke skelne tumorvæv fra væv, der blev overbelastet, ødematøse og indeholdt ikke kræft.

Konklusioner

Denne undersøgelse viser, at NIR imaging kan identificere tumorer fra normale væv, giver fremragende væv kontrast og det letter resektion af tumorer. Men i situationer, hvor der er betydelig peritumoral inflammation, NIR billeddannelse med ICG er ikke nogen hjælp. Dette antyder, at ikke-målrettede NIR farvestoffer, der ophobes i hyperpermeable væv vil have betydelige begrænsninger i fremtiden, og receptor-specifikke NIR farvestoffer kan være nødvendigt at overvinde dette problem

Henvisning:. Holt D, Okusanya O, Judy R, Venegas O, Jiang J, DeJesus E, et al. (2014) intraoperativ Near-Infrared Imaging kan skelne kræft fra Normal Tissue men ikke Inflammation. PLoS ONE 9 (7): e103342. doi: 10,1371 /journal.pone.0103342

Redaktør: Gabriele Multhoff, Technische Universitaet Muenchen, Tyskland

Modtaget 22. januar 2014 Accepteret: 30 Juni 2014; Udgivet: 29 juli 2014

Copyright: © 2014 Holt et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af den amerikanske Kirurgisk Association (SS) og National Institutes of Health transformative R01 CA163256-01 (DH, MW, SN, SS). De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:. Forfatterne har læst tidsskriftets politik og har følgende konflikter: SN er en konsulent for SpectroPath, Inc., en start selskab i Atlanta, GA at udvikle avancerede instrumentering og nanopartikel kontrastmidler til billedet-vejledt kirurgi. SN s rådgivning ændrer ikke forfatternes overholdelse PLoS ONE politikker på datadeling og materialer.

Introduktion

Kirurgi er den mest effektive behandling for solide tumorer i USA, og halvdelen af ​​alle kræftpatienter opereres med helbredende hensigt. [1] Men trods en “helbredende” kirurgisk resektion, 20-50% af patienter, der gennemgår kirurgi udvikle lokale gentagelser. [1] patienter, som udvikler en lokal recidiv har en markant reduceret 5-års overlevelse. [1], [2]

Lokale gentagelser skyldes tumorceller, der er efterladt på tidspunktet for operationen. Små diskrete tumorer i faste organer kan typisk fjernes med gode resultater. På den anden side, der definerer kanterne af tumoren (tumor marginer) er særligt udfordrende i kræft, der har invaderet tilstødende strukturer eller har udviklet peritumorale ændringer som følge af vaskulær obstruktion. Disse resektioner er mere tilbøjelige til at være mislykket, og at udvikle lokale gentagelser. Kirurger bruger typisk brutto (makroskopisk) undersøgelse af tumor ved hjælp visuel inspektion og finger palpering at definere tumor margener. Men i mange tilfælde er denne fremgangsmåde opnår tumor-negative kirurgiske margener kun 50% af tiden. [3], [4] Kirurger kan også udnytte intraoperativ patologi konsultation. Men intraoperativ frosne afsnit præsenterer, sit eget sæt af problemer, herunder tekniske udfordringer ved frysning væv, væv artefakter af frysning, omkostninger, tab af væv i mindre prøver til permanent sektion diagnose og manglende tilgængelighed i “real-time”.

Mange grupper er begyndt at undersøge intraoperativ nær-infrarødt (NIR) billedbehandling for at identificere tumorer. [5], [6], [7], [8], [9], [10] NIR imaging er en lav -energi tilgang, hvilket gør det sikkert for kirurgen, patient og kirurgiske team. Der er flere NIR kontrastmidler imidlertid den eneste i øjeblikket FDA godkendt farvestof er indocyaningrøn (ICG). ICG er veltolereret og kan injiceres i patienter til NIR cancer billeddannelse. [11], [12], [13] Det er ikke receptoren-specifik, men i stedet diffunderer ind tumor som følge af forskelle i vaskulære og lymfatiske tryk. [5 ] ICG billeddannelse er ikke muligt for de fleste diagnostiske anvendelser på grund af manglen på vævspenetration af det udsendte lys gennem huden. Men når kroppen hulrum er åben, kan NIR billedbehandlingsenheder detektere ICG på dybder på 10-15 mm i væv. [14]

Vi antager, at NIR billeddannelse ved hjælp ICG kan være i stand til at identificere tumorer under cancer kirurgi . For at teste vores hypotese, vi foretaget en pilotundersøgelse på flere kræftmodeller og humane tilfælde af solide tumorer. Vi fandt, at NIR imaging er en rimelig fremgangsmåde til at identificere tumorer i solide organer. Det giver mulighed for fremragende kontrast mellem normalt væv og kræft væv og er godt visualiseret intra-operativt. Men i situationer, hvor tumorer udvikler omkringliggende inflammatoriske forandringer, NIR imaging er ude af stand til at skelne ikke-kræft fra kræft væv.

Materialer og metoder

Cellelinjer

murine esophageal carcinom cellelinie, AKR, blev afledt fra muse esophageal pladeepitel med cyclin D1 overekspression via Epstein-Barr virus ED-L2-promotoren i p53-deficiente genetiske baggrunde og var en generøs gave fra Dr. Anil Rustgi (University of Pennsylvania). [15 ] Den murine lungecancer-cellelinie, TC1, blev afledt fra muse lungeepitelceller immortaliserede med HPV-16 E6 og E7 og transformeret med C-Ha-ras-onkogen og var en generøs gave fra Dr. Steve Albelda (University of Pennsylvania) . [16] metastatisk NSCLC cellelinie, murin Lewis lungecarcinoma (LLC) blev opnået fra American Type Culture Collection (ATCC) (Manassas, VA). AE17 er en asbest-afledt muse mesotheliom cellelinie og var en generøs gave fra Dr. Steve Albelda (University of Pennsylvania [17]. EL4 blev opnået fra ATCC og er afledt af en mus lymfom induceret af 9,10-dimethyl-1, 2-benzanthracene eksponering. 4T1 også opnået fra ATCC, er en metastatisk murin brysttumor ledning, der er 6-thioguanin resistent.

Bortset TC1 og AE17, cellelinjer blev dyrket og opretholdt i høj glucose DMEM (Dulbeccos modificeret Eagles Medium, Mediatech, Washington DC) suppleret med 10% føtalt bovint serum (FBS;. Georgia Biotechnology, Atlanta, GA), 1% penicillin /streptomycin og 1% glutamin TC1 og AE17 cellelinier blev dyrket i RPMI (RPMI 1640 Medium, Mediatech, Washington DC) 10% FBS, 1% penicillin /streptomycin og 1% glutamin. cellelinjer blev regelmæssigt afprøves og vedligeholdes negativ for

Mycoplasma spp

.

Reagenser

Farmaceutisk kvalitet indocyaningrønt (ICG) blev købt fra Akorn Inc. (IC-gREEN, NDC 17478-701-02, Lake Forest, IL). C57BL /6 mus fik 7,5 mg /kg ICG hætteglas halevene 16-24 timer før operation. [6] Hunde og mennesker fik 5 mg /kg ICG intravenøse 24 timer inden operation. Salg

nær infrarødt fluorescerende billeddannelse

Den håndholdte nær infrarød imaging system er tidligere blevet beskrevet i detaljer. [18] kort fortalt blev et Raman Probe detektor indarbejdet i et cylindrisk rustfrit stål Proeveudtagningsaabningen integreret med en 5 m, to-fiberkabel ; én til laser excitation og den anden for lys samling. Kablet Proeveudtagningsaabningen og fiber blev koblet via en FC konnektor til et spektrometer. Den kombinerede prøveudtagning hoved og spektrometer systemet har et bølgelængdeområde fra 800 til 930 nm med 0,6 nm spektral opløsning til nær-infrarødt (NIR) fluorescensmåling. Excitationslyset blev leveret af en 785 nm, 100 mW kontinuerlig bølge diodelaser. Alle målinger er foretaget med en 0,1 sekund integration tid og overholdt på en computer med proprietær software. Dette system blev anvendt til alle hunde studier, men kun

ex vivo

i mennesker.

Den optiske NIR billeddannende indretning blev udviklet i vores laboratorium. [19] Kort beskrevet indeholder indretningen en 740 nm LED monteret på en køleplade. Emissionsspektre lys fra vævet passerer gennem en 780 nm bandpass filter over i en CCD-kamera. En computer viser billederne gennem PixeLINK Capture OEM-software. Hele systemet er forbundet til en metal platform, der kan enten holdes på plads via en ring stativ eller holdes af kirurgen ved hjælp af et håndtag adapter (udviklet af Mark Singer, BioMediCon ©, Moorestown, NJ). Hver afbildede indfanges to gange, én gang i lyse område og en gang i fluorescens. Disse billeder er behandlet og overlejret.

Histochemistry

Væv blev høstet og gennemskæres med den ene halvdel enten placeret i Tissue-Tek OLT opbevares ved -80 ° C eller i formalin til paraffin sektionering. For at detektere endotelceller, blev monoklonalt CD31 (mAB390) [20] hævet fra hybridomsupernatant og renset. Frosne tumor snit blev fremstillet som tidligere beskrevet [21]. CD31-ekspression blev kvantificeret ved at tælle antallet af positivt farvning af celler i fire høj-drevne (× 400) felter. [22]

Murine Studies

C57BL /6 (B6, Thy1.2) og BALB /c-mus blev anskaffet fra Charles River Laboratories og Jackson Laboratories. Alle mus blev holdt i patogenfrie betingelser og anvendt til forsøg ved alderen 8 uger eller ældre. Animal Care og Brug udvalg i Børnenes Hospital i Philadelphia og University of Pennsylvania godkendt alle murine protokoller i overensstemmelse med vejledningen for pleje og anvendelse af forsøgsdyr (Protokol 804.894). Tumorceller for subkutane injektioner blev suspenderet i 100 pi PBS. Tumorvolumen blev beregnet under anvendelse af formlen (π x lange akse x short-aksen

2) /6.

Kirurgi blev udført på mus, der bærer flank tumorer under anvendelse af en etableret partiel resektion model. [23] Kirurgi blev udført når tumorerne nåede -200 mm3. Mus blev bedøvet med intramuskulær ketamin (80 mg /kg) og xylazin (10 mg /kg), barberet, og det kirurgiske felt steriliseres før kirurgi. Oprindeligt blev musene afbildes at detektere NIR signal og så efterfølgende en 1 til 2 cm indsnit ved siden af ​​tumoren, og tumoren blev eksponeret under anvendelse af standard stump dissektion teknik. Efter billeddannelse blev snittet lukkes med steril silke 4-0 suturer. Buprenorphin (0,2 mg /kg) blev indgivet på tidspunktet for kirurgi og 6 timer postoperativt for at tilvejebringe analgesi. Præoperativ behandling var ukendt for undersøgeren at udføre kirurgi og gøre tumor målinger.

Canine studiedesign

Mellem juni 2011 og April 2012, 8 på hinanden følgende hunde med primær lunge tumorer, der blev anset for kirurgiske kandidater blev rekrutteret fra University of Pennsylvania School of Veterinary Medicine. Den hund undersøgelse blev godkendt af universitetets Institutional Animal Care og brug Udvalg. Samtykket dokument blev godkendt af Veterinary skolens Privatejede Animal Protocol Udvalg og skriftligt informeret samtykke blev opnået fra alle ejere (Protokol 802.853). På tidspunktet for kirurgi, en standard-of-care torakotomi og pulmonal resektion udført. Den sygdomsramte lungelap fjernedes under anvendelse af en kirurgisk hæftemaskine (V3, Covidien, Mansfield MA).

Under operationen, den intraoperative billeddannende system blev anvendt til at inspicere brystet før pulmonal resektion og efter pulmonal resektion. Enhederne blev draperet med steril plastik og blev brugt til at afbilde den primære tumor

in situ

. Fluorescensaflæsninger blev taget fra midten af ​​tumoren, groft normal lunge i det berørte lap eller, i tilfælde af store tumorer, groft normal lunge i ipsilaterale lapper. Tumoren periferi blev afbildet i 4 radiale retninger, udpeget de 12, 3, 6, og 9 på urskiven. Groft normal lunge 5 mm og 10 mm, strækker sig væk fra tumoren periferi blev derpå afbildes. De fluorescerende margener blev markeret med sutur.

Efter fjernelse af alle væv, enhederne blev re-filmede

ex vivo

før du sender dem til patologi. Alle væv blev derefter fikseret i 10% formalin, indlejret i paraffin, sektioneret, og evalueret af en bestyrelse certificeret veterinær patolog. Tumoren margener, bestemt ved fluorescens og markeret med sutur, blev sammenlignet med histopatologiske marginer.

Menneskelig Studies

De humane studier blev godkendt af Institutional Review Board (University of Pennsylvania School of Medicine, protokol 811.870) og overholdt bestyrelsens krævede dokumentation og godkendelsesprocedurer. Alle patienter gennemgik informeret skriftligt samtykke før du deltager i denne undersøgelse. Under operationen blev hele brystet palperet og visuelt for sygdom. På det tidspunkt, var kameraet systemet sterilt draperet og bragt ind på det kirurgiske felt for NIR billeddannelse. Når kræften resektion var fuldstændig, enhederne blev igen afbildet på bagsiden bordet af operationsstuen ved hjælp af håndholdte spektrometer. Alle prøver blev sendt til histopatologi.

Resultater

NIR imaging kan identificere tumor indskud i normalt væv

I første omgang for at afgøre, om en NIR kontrastmiddel kunne identificere solide tumorer

in situ

, vi gennemført en proof-of-concept studie i murine modeller af ondartet sygdom. Halvtreds kvindelige C57BL /6 eller BALB /c mus havde en af ​​fem forskellige syngene kræft cellelinier (4T1 brystkræft, TC1 lungekræft, EL4 thymom, AE17 lungehindekræft, AKR kræft i spiserøret) injiceret i deres flanker. Efter at tumorerne var veletablerede (200 mm

3), ICG blev administreret via halevenen. Den næste dag blev et væv spektrometer anvendes til semi-kvantificere fluorescens fra tumoren og omgivende orgel. [18]

Den gennemsnitlige fluorescens fra fløjen tumorerne var 52,710 arbitrære enheder (AU) (interval 46,283-60,000) , og den gennemsnitlige fluorescens fra omgivende normale væv og organer i gennemsnit 6173 ± 3300 au. Således er den gennemsnitlige signal-til-baggrund-forhold (SBR) var 8,5 (figur 1a). Vi bemærkede, at fluorescens fra forskellige histologiske tumor undertyper ikke var markant anderledes. I fortiden, har vi og andre hypotese, at optagelse af NIR farvestoffer er variabel og afhængig af tumorvaskularitet. [5], [6] Således tumorer af forskellig histologi bør have forskellig fluorescens. Tumorer blev høstet, snittet, og analyseret for mikrokar densitet af CD31-farvning. Selv om der var så bred vifte af mikrokardannelse tæthed, fandt vi ikke en signifikant forskel i SBR af tumor i forskellige histologiske tumortyper (p 0,1). Derudover fandt vi ikke, at tumor fluorescens korreleret med tumor vaskularisering (figur 1a).

(A) Fem kræft celletyper blev injiceret i flanken af ​​syngene mus. Når de er etableret (200 mm3) blev dyr doseret med 7,5 mg /kg af ICG og afbildes. Tumorer blev høstet, filmede og farvet for CD31 (markeret med sorte pile). Histologi billeder taget ved 200x forstørrelse. (B) C57BL /6-mus (n = 21) injiceret med LLC-celler i deres flanker på dag 0. Begyndende på dag 12 blev dyrene aflivet, doseret med 7,5 mg /kg ICG 24 timer tidligere og deres thorax hulrum åbnet. Observatører bestemmes, hvis de metastatiske tumorknuder var synlige i lungen. NIR billeddannelse blev derefter anvendt til at detektere sygdom, der ikke var synlige for det un-assisteret menneskelige øje. Histologi billeder taget ved 100x.

Vi postulerede derefter at NIR mærkning af tumorer kunne registrere kræft aflejringer af forskellige størrelser i lungen. C57BL /6-mus (n = 65) blev injiceret i flanken (dag 0) med en murin cancercellelinie, Lewis Lung Cancer (LLC), som spontant metastaserer til lungerne. Hver 3. dag, mus (n = 3) blev injiceret med 7,5 mg /kg af ICG via halevenen. Musene blev aflivet, og de kister blev åbnet og inspiceret for tumorbyrde. Flank tumorer blev afbildet som før, og de blev fundet at have en gennemsnitlig fluorescens af 53.290 ± 2668 au med en gennemsnitlig SBR på 10,8. Mindre versus større flank tumorer havde ringe variation i fluorescens (p 0,1). Vi fandt, at NIR-billeddannelse af de murine lunger kunne detektere fluorescens fra lungemetastaser så tidligt som dag 15. Disse aflejringer ikke var synlige for det un-assisteret øje og var så små som 0,2 cm ved histologi (figur 1b). Den gennemsnitlige tumor fluorescens i begyndelsen små aflejringer under 2 mm var 39.923 ± 4577 au, godt over baggrunden fluorescens (betyde 4290 au). Disse subcentimeter knuder havde en gennemsnitlig SBR på 9,3. Metastatiske pulmonale knuder blev synligt for un-assisteret øje på dag 24. SBR af tumorerne er større end 3 mm var 9,8, og ikke signifikant forskellig fra de mindre tumorer. Imidlertid SBR af tumorer i lunger var lavere end SBR af tumorerne i flanken. Det var sandsynligvis på grund af de tekniske udfordringer, billedbehandling i den lille hulrum af musen brystet og uden relation til faktiske tumor fluorescens.

Sammenfattende bekræftede disse data vores hypotese, at NIR fluorescens fra solide tumorer kan skelne kræft fra omgivende normale væv. Desuden kan NIR imaging identificere små knuder med rimelig SBR, og at dette ikke synes at afhænge af tumor vaskularisering.

NIR imaging kan identificere tumorer i faste organer i en naturligt forekommende hunde lungekræft model

Små dyr billeddannelse udføres i en kontrolleret, kunstige miljø, så vi evaluerede NIR billeddannelse til identificering af faste tumorer i en streng stor dyremodel i det kliniske miljø. Otte udavlede hjørnetænder med naturligt forekommende tumorer, der præsenteres for University of Pennsylvania School of Veterinary Medicine kirurgi klinik med en primær lunge tumor blev indrulleret i studiet med informeret samtykke fra deres ejere og institutionel godkendelse (figur 2a). Aldre lå fra 4 til 14 år (median 10 år) og vægte varierede fra 6 til 60 kg (median 24 kg) (tabel 1). Tre hunde blev steriliseret hunner og 5 hunde blev kastreret hanner. Alle hunde fik ICG via cephalica vene uden bivirkninger 24 timer før operationen.

(A) Signal-baggrund forholdet mellem tumor til omgivende normale lungevæv

in situ

og

ex vivo

i 8 hjørnetænder. Alle værdier er angivet i arbitrære enheder (A.U.).

† På grund af den store størrelse af denne tumor, kunne opnås ingen målinger af normal lunge fluorescens ex vivo. (B) Efter åbning af brystet, blev tumoren visualiseret i brystet. Tumoren var godt afgrænset og var stærkt fluorescerende (signal-til-baggrund-forholdet 11.3). Tumoren ligger i caudad stilling og hilum af lungen er craniale. (C)

Ex vivo

, tumoren var fluorescerende (SBR 12.7) og tilknytning til tumor var veldefineret. (D) H 0,4). Kirurgen kunne se på NIR billeder i realtid under sagen og hurtigt at identificere tumoren fra normalt væv. Alle 8 tumorer syntes lige fluorescerende til kirurgen, og han kunne ikke identificere, hvilke tumorer havde en lav fluorescens (dvs.. SBR 2.9) versus en høj fluorescens (dvs.. SBR 20,8).

Vi fandt, at der var betydelig variabilitet i tumor fluorescens afhængig af de omgivende lysforhold, evne til at positionere spektrometer og adgang til hele tumor i dyret. For at opnå mere standardiserede aflæsninger blev tumorerne resekteret fra hunden og re-afbildes på bagsiden tabel operationsstuen.

Ex vivo

den gennemsnitlige tumor SBR var 11 gange højere end den omgivende lungeparenkym (p = 0,016) (figur 2c). Der var betydeligt mindre intra-variabilitet i fluorescens i tumoren, når lysforholdene og positionering af spektrometer kan bedre kontrolleres på bagsiden bordet. Vi fjernede en outlier (Forbehold # 8) ved denne beregning på grund af den stærkt signal fra tumoren (100+ ganges forskel signal-til-baggrund-forholdet mellem tumor og normal lunge). I gennemsnit fandt vi

ex vivo

billede havde en højere SBR sammenlignet med

in situ

billede (

in situ

SBR 8,8 versus

ex vivo

SBR 11.4), fordi baggrundsstøjen blev reduceret, ikke fordi tumoren var mere fluorescerende (figur 2d).

for at bestemme, om fluorescensen af ​​tumoren korreleret med tumorvaskularitet, sammenlignede vi SBR af tumor til det mikrovaskulære densitet (MVD). Alle primære tumorer blev farvet for CD31. To uafhængige undersøgere kategoriseret tumorerne som 0, 1+, 2+ og 3+ MVD. Der var en bred vifte af fluorescens baseret på den håndholdte spektrometer både

in situ

og

ex vivo

, og betragtning af den lille prøvestørrelse, vi kunne ikke se nogen sammenhæng mellem vaskulær tæthed og graden af fluorescens (figur 2d). Også kunne vi ikke vurdere virkningen af ​​tumorstørrelse på fluorescens på grund af mangel på tilstrækkelig stikprøvestørrelse.

NIR imaging kan ikke skelne kræft fra atelektase på randen af ​​tumoren

Som tumorer vokse og udvikle ind i en større byrde i værten orgel, kan peritumoral betændelse opstå på grund af massen effekt på det organ s blodforsyning og venøse afløb. For eksempel vil pulmonale lapper ofte udvikle obstruktiv pneumonitis og overbelastning fra en stor tumor blokerer bronkier og venøs dræning til en lunge segment. [24] Dette har store konsekvenser. Hos mennesker, hvis en tumor forårsager distal obstruktion, prognosen er værre og patienten er udpeget som T2 lungekræft. [25] Under en operation, kirurger kan ofte ikke skelne tumorvæv fra omgivende inflammatoriske forandringer ved palpering og visualisering. Således ønskede vi at bestemme, om NIR imaging kunne skelne unormal peritumoral overbelastning fra normalt væv og kræft, og om NIR imaging var bedre kirurgernes evne til at identificere kræft fra betændelse på margenerne.

Først vi sammenlignet følsomhed lokalisere kanten af ​​tumoren af ​​kirurgen versus NIR-enheden. Den lungekræft blev først palperes af kirurgen og blå sting blev placeret langs omkredsen for at markere kirurgernes vurdering af tumor marginer. Derefter blev NIR kamera anvendes til at identificere randen af ​​tumoren. Hvis der var en uoverensstemmelse mellem kirurger vurdering af tumor kant og fluorescens, blev en anden mærkning søm placeres i den nye margen. Spektralemissioner blev registreret på hvert sted.

I 5 hjørnetænder, tumorerne havde ikke nogen post-obstruktiv pneumonitis, således var der ingen signifikant fluorescens over overkant af tumoren. I disse tilfælde randen af ​​tumoren var palpabel af kirurgen og lignende til de margener, identificeret ved NIR imaging (figur 3a). Kanten af ​​tumoren var fluorescerende (gennemsnit 51.324 au), og væv inden for 5 mm fra kanten af ​​tumoren var markant anderledes. Inden for 5 mm væk fra tumoren, lungeparenkym ikke længere var fluorescerende (gennemsnit 12.642 au) og SBR faldt fra større end 8 til mindre end 1,5. Seriel sektionering af patologen bekræftet, at både kirurgen og NIR imaging kunne identificere randen af ​​tumoren inden for 2 mm.

(A)

In situ

, kan tumoren visualiseres og palperes. (B) sømme markere tumor margin med mellemrum 5 mm fra den håndgribelige tumor kant. (C) Den spektrometer blev anvendt til måling NIR fluorescens (805 nm) på hvert sted på prøven og udvikle en varme kort. Varmen kort forudsagde tumor margener vurderes af kirurgen og patologen. I et andet tilfælde med signifikant peritumoral inflammation, (D) intraoperative billeder viste en tumor i et pulmonal lap, som det blev trukket tilbage fra hundens brystet. (E)

Ex vivo

, det pulmonale lobe kunne ses fluorescerende, men det var vanskeligt ved lysfelt eller fluorescens at diskriminere margenerne mellem tumorvæv og inflammatorisk lungevæv. Spektroskopi viste nogen forskel i fluorescens fra tumoren versus overbelastet væv, men klinisk dette var kedelig og ikke praktisk. Kirurgen havde også svært ved at identificere tumor fra ikke-tumorvæv ved manuel palpation fordi lungerne var overbelastede og ødematøse.

I 3 hjørnetænder, tumorerne var store (6, 8 og 15 cm) og de resulterede i venøs overbelastning, obstruktiv pneumonitis og sammenbrud af væv omkring kræft. I disse tilfælde fandt vi signifikant variation i fluorescens i unormale væv, der omgiver tumoren. Disse unormale væv udsendte høj fluorescens (figur 3b). Forskellen i fluorescens mellem tumor kant (betyder SBR 8.4) og 5 mm fra tumor kant (betyder SBR 7,9) var ikke markant anderledes. Selv ved 10 mm væk fra tumoren kant, middelværdien SBR var så høj som 5,7. Vi brugte spektrometer til at forsøge at forbedre diskrimination af SBR, men dette ikke forbedre vores evne til at skelne fra hinanden tumor fra betændelse. Histologisk har områderne betændelse ikke har tumorceller. De havde fordrejet vævsopbygning, makrofager, ødem, og i nogle tilfælde massive neutrofil infiltration og nekrose. Når kirurgen så på de optiske billeder, kunne han ikke skelne tumor fra atelektase eller betændelse baseret på fluorescens (figur 4).

(A) intraoperativt, dyret undergik rigtige torakotomi og palpering af den primære tumor. Intraoperativ billede af den pulmonale lap som den trækkes tilbage fra hundens brystet afslørede den dorsale del af lap har betydelig komprimering (dvs.. Atelektase) fra tumor obstruktion. Den ventrale del af lungen bevarede sin normale udseende. Spektroskopisk analyse af tumoren blev udført

in situ

. Alle steder blev registreret i tre eksemplarer og gennemsnit. Grafen viser den inflammatoriske væv var stærkt fluorescerende og kunne ikke skelnes fra tumor. (B) H & E viste normale alveolære parenkym (venstre panel), overbelastning lunge med neutrofiler og fibrotiske stik (midterste panel) og tumor (højre panel) fra repræsentative biopsier af det pulmonale lap

Sammen. viste disse data, at NIR imaging præcist kan skelne marginer i lungetumorer i forhold til omgivende normale lungeparenkym men kan ikke identificere marginer præcist i lungetumorer, der har peritumoral inflammation. NIR imaging var ikke særlig overlegen i forhold til kirurger evne til at skelne fra hinanden normal versus kræft væv.

NIR imaging kan identificere solide humane tumorer

For at afgøre, om der kan skelnes humane tumorer fra normal omgivende væv af NIR billedbehandling, vi indskrevet 5 patienter, der gennemgår operation for fjernelse af deres kræft (3 lunge knuder, 1 brystvæggen masse og en forreste mediastinum masse). Deres aldre lå fra 49 til 69 år (median 62 år). To kirurger nåede til enighed om den kliniske fase og operativ tilgang før operation. Alle tilmeldte patienter blev anset for at have begrænset sygdom, modtagelig for kirurgi, og ingen metastaser (dvs.. Potentielt helbredelige). Den mediane tumorstørrelse var 2,3 cm (interval 1,8-9,1 cm) på præoperativ billeddannelse. Patienterne blev injiceret med ICG før operation. På tidspunktet for kirurgi, blev kropskaviteten åbnet og inspiceret. I alle tilfælde kunne kirurgen umiddelbart visualisere eller palpere tumoren. Patienterne gennemgik en standard-of-care kirurgisk resektion af tumoren.

Når fjernes fra patienten, blev prøven undersøgt, åbnede, biopsi og analyseret

ex vivo

. Kvalitativt NIR imaging afslørede stærk fluorescens i alle masserne. Den håndholdte spektrometer blev anvendt til semi-kvantificering væv fluorescens. Hver tumor havde 4 målinger på fire vinkelrette placeringer og centrum af tumoren (i alt 20 målinger /tumor). Mean fluorescens i de humane tumorer var 51.756 ± 2266 au med en SBR på 8,1. Fluorescensen fra tumorerne var bemærkelsesværdigt homogen i hele tumoren.

I 4 tilfælde, tumorerne var relativt lille (interval 1,8-3,1 cm), og der syntes ikke at være nogen peritumoral inflammation eller kollaps. Den gennemsnitlige signal formindsket fra over 50.000 au ved tumor margin til mindre end 20.000 au inden for 5 mm af brutto- tumor margin. Randen af ​​tumoren var let at visualisere og finger Palpér af kirurgen. Brug af NIR billeddannende indretning, kunne fluorescensen fra tumoren let skelnes af kirurgen (figur 5).

computertomografi (CT) scanning og positronemissionstomografi (PET) scanning viste en anterior mediastinal masse og et lungeknude hos to patienter. Patienterne blev injiceret med ICG, og derefter gennemgik resektion af deres tumorer.

Ex

vivo, NIR imaging demonstrerede tumorerne var meget fluorescerende og den omgivende orgel havde minimal baggrundsstøj. De optiske billeder var let at fortolke af kirurgen og lettede identifikationen af ​​tumoren.