荧光成像助力肿瘤切除

      在癌症治疗领域，为了更轻易辨别患者的肿瘤和健康组织，专家们一直在致力于寻求性能更强劲的视觉成像工具。理想情况下的成像系统可以为外科手术医生提供肿瘤组织的各种尺寸信息，包括长度、宽度和深度。但只有极少数的系统能达到这一目标，而且价格非常昂贵。

       基于此，美国圣路易斯华盛顿大学(WUSTL)的研究人员设计了一种简化的双波长激发荧光成像系统，能够提供必要的深度信息（Biomed. Opt. Express, doi: 10.1364/BOE.468059）。在鸡肉组织和小鼠体内，该技术得到的测试结果具有非常高的准确性，但其仍需要进一步的临床试验。

图1 荧光成像系统图：使用led和CMOS相机来确定体内肿瘤细胞的深度

       研究人员在前实验室成员Samuel Achilefu完成的关于近红外（NIR）荧光团和荧光引导手术的工作基础上作了进一步扩展。他在WUSTL从事癌症成像系统的研究具有近三十年的经验。

       团队的实验仍旧基于比率荧光成像概念，研究人员表示，可以利用光在组织中的波长依赖性衰减，由此提供独立于荧光团浓度的深度信息。该实验是首次在成像系统中使用近红外纳米荧光团LS301。当它受到650至810nm波长之间的光照射时就会被激发，并与许多实体肿瘤中过度表达的一种蛋白质结合。因为实验中采用了广谱的LS301荧光团，多以不再需要添加多种荧光剂。

图2 小鼠体内780 nm激发荧光(左)和近红外双波长激发荧光(右)的信噪比

       待实验人员将注入目标组织后，WUSTL助理教授Christine O'Brien及其同事使用发光波长在730nm和780nm的LED将其激发，并使用850nm的LED照射从而提供明场图像，以供参考。同时，该团队利用漫反射光谱学测试系统的光学特性。

       第一个目标 "组织 "实际上是一种基于聚氨酯的合成材料混合物，经过设计和塑形后，能够具有与哺乳动物组织大致相同的光学特性。然后，研究人员从超市购买了鸡胸肉，并测试了它在受到LS301和LED灯照射时的表现。最后，团队在患有皮下乳腺癌的麻醉小鼠身上进行了实验。结果显示，通过该方法成功获得了小鼠肿瘤组织的深度信息，且平均误差仅为0.36毫米。

       据O'Brien称，该工作的最大挑战是对光学特性进行精确测量，以及对非平面组织样本（鸡肉和小鼠）进行实验操作。

       团队认为，为了能够真正的帮助到外科医生，他们的视觉成像系统需要提高自动性，以便扫描整个组织表面。O'Brien谈到，他们已经开始对接受肿块切除术的乳腺癌患者使用该系统进行测试，但是在进行全面的临床试验之前，必须要提高系统的自动化水平。