Согласно новому исследованию больницы Бригама и женщин и Университета Пердью, новый инструмент, который может позволить более быстрое и всестороннее тестирование ткани головного мозга во время операции, успешно определил тип рака, степень его злокачественности и границы опухоли у пяти пациентов, перенесших операцию на головном мозге. Документ с подробным описанием результатов будет опубликован в следующем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences и опубликован в Интернете на этой неделе.
Инструмент распыляет микроскопический поток заряженного растворителя на поверхность ткани для сбора информации о ее молекулярном составе и создает изображение с цветовой кодировкой, которое показывает природу и концентрацию опухолевых клеток.
По словам Р. Грэм Кукс, доктор философии, Университет Пердью, со-ведущий автор.
Натали Агар, доктор философии, директор лаборатории хирургической молекулярной визуализации отделения нейрохирургии BWH, со-ведущий автор, сказала, что результаты показали потенциал этого метода анализа и сделали важный шаг на пути к оценке его ценности для улучшения ухода за пациентами.
"Такой подход может привести к хирургии в реальном времени под визуальным контролем без вмешательства в хирургическое вмешательство и без применения агентов для маркировки," сказал Агар. "Такая обширная и подробная информация о ткани ранее была недоступна хирургам и может привести к более точному удалению опухоли. Кроме того, доступ к подробному диагнозу в день операции может помочь онкологу более эффективно спланировать курс адъювантной терапии."
"Мы надеемся, что в конечном итоге сможем выполнить этот анализ во время операции, чтобы помочь нейрохирургам определить границы опухолей и установить раковый статус участка до того, как будет удалена какая-либо ткань," сказал повара. "Мы еще не достигли этого, но это был важный шаг в процессе. Это показывает, что мы нашли легко идентифицируемые молекулярные паттерны, которые можно использовать для диагностики типа и концентрации раковых клеток."
Исследователи Purdue разработали инструмент и в сотрудничестве с исследователями и врачами Бригама и женской больницы провели исследование. Операция на головном мозге проводилась в операционной системе Advanced Multi-Modality Image Guided Operating Suite или AMIGO, а также в стандартных операционных в Бригаме и женской больнице.
Александра Голби, доктор медицины, директор нейрохирургии под визуальным контролем, отделение нейрохирургии BWH, соавтор, сказала, что опухоли головного мозга особенно сложно удалить.
"Ткань опухоли в головном мозге часто очень похожа на нормальную ткань мозга и может иметь нечеткие границы, поэтому трудно определить, где заканчивается опухоль и начинается нормальная ткань мозга," сказал Голби, который также является клиническим содиректором AMIGO. "Мы хотим сохранить как можно больше функциональной мозговой ткани, особенно когда опухоль находится в критической области мозга, например, в той, которая поддерживает движение, речь или зрение."
Современные хирургические методы полагаются на опытный глаз хирурга с помощью операционного микроскопа и изображения, полученные при сканировании, выполненном перед операцией.
Патологическое исследование образцов, взятых из головного мозга во время операции, дает наиболее точную информацию о ткани и диагностике рака. Однако это исследование замороженных срезов занимает около получаса, что слишком долго, чтобы его можно было использовать при исследовании нескольких образцов и проведении операции, – сказал Сандро Сантагата, доктор медицинских наук, соавтор отделения патологии BWH.
"Новый инструмент способен за считанные секунды идентифицировать и классифицировать опухоли глиомы и менингиомы и определять степень опухоли," сказал Сантагата. "Он может установить тот же тип оценки, который предлагает патология, но со скоростью, совместимой с хирургическим вмешательством."
Хирурги удалили у пациентов тридцать два образца во время операции, которые позже были проанализированы как новым инструментом, так и стандартными методами патологии, чтобы проверить их точность. По словам Кука, результаты образцов пациентов очень хорошо согласуются со стандартной патологией.
Инструмент основан на методике масс-спектрометрического анализа окружающей среды, разработанной Куком и его коллегами, которая называется десорбционная ионизация электрораспылением или DESI.
Масс-спектрометрия сначала превращает молекулы в ионы или электрически заряженные версии самих себя, чтобы их можно было идентифицировать по их массе. С помощью масс-анализа ионов можно определить содержание пробы.
Обычная масс-спектрометрия требует химического разделения, манипуляций с образцами и помещения в вакуумную камеру для ионизации и анализа. Технология DESI устраняет эти требования, выполняя стадию ионизации непосредственно на поверхностях вне масс-спектрометров, что делает процесс намного проще, быстрее и более применимым в хирургических условиях.
Исследователи использовали DESI для оценки распределения и количества жировых веществ, называемых липидами, в ткани мозга. Программа, разработанная командой, затем использовала результаты для характеристики опухолей головного мозга и определения границ между здоровой и раковой тканью. Исследователи идентифицировали липидные структуры, которые соответствовали различным типам и степеням рака и концентрациям опухолевых клеток, посредством более ранних исследований скопированной опухолевой ткани головного мозга.
Ливия Эберлин, которая была аспирантом Purdue во время исследования и участвовала в исследовании, сказала, что команда расширила и улучшила систему классификации рака мозга, добавив тип опухоли менингиомы до исследования.
"Классификатор включает два наиболее распространенных типа опухолей головного мозга, глиомы и менингиомы, на которые в совокупности приходится около шестидесяти пяти процентов всех опухолей головного мозга," сказал Эберлин, который сейчас работает научным сотрудником в Стэнфордском университете. "Молекулярная информация, полученная с помощью такой технологии визуализации, позволяет проводить гораздо более подробный анализ, чем другие методы. Мы надеемся, что однажды он сможет помочь тысячам людей, ежегодно страдающих от рака мозга."
Результаты классификации по типу опухоли головного мозга в валидационных исследованиях сохраненных в банке тканей согласуются со стандартными методами патологии в 100% случаев. Исследователи обнаружили, что результаты масс-спектрометрического анализа образцов, взятых у пациентов во время операции, согласуются с патологией за очень немногими исключениями, несмотря на сложность и неоднородность хирургических образцов. По словам Эберлина, состав образцов, взятых из разных областей отдельной опухоли, может отличаться, и особенно изменяются концентрации опухолевых клеток.
По словам Кука, команда планирует продолжать добавлять и улучшать программное обеспечение для классификации, а также разработать миниатюрный масс-спектрометр, который можно было бы использовать во время операции. Команда также продолжит изучать молекулярные структуры раковой ткани.
"Масс-спектрометрия с ионизацией окружающей среды позволяет нам смотреть непосредственно на необработанные ткани, как это делает хирург, и получать простую, но чрезвычайно ценную молекулярную информацию," сказал повара. "Эти молекулы могут рассказать историю не только с точки зрения помощи в диагностике, но и, возможно, с точки зрения прогноза и нашего понимания этой разрушительной болезни."
Бригам и женская больница установила масс-спектрометр в комплекте AMIGO и планирует начать тестирование методологии выявления границ рака мозга и груди во время операции, сказал Агар.
Это исследование было поддержано Национальным институтом здоровья Джеймса С. Фонд Макдоннелла, Фонд науки о мозге и Дэниел Э. Фонд Ponton для нейробиологии и Фонд семьи Кларман финансировали это исследование.