Bij het operatief verwijderen van een tumor is het voor chirurg en patiënt belangrijk om zo snel mogelijk te weten of alle tumorweefsel met succes verwijderd is. Daarvoor wordt nu nog vaak een biopsie genomen. De analyse daarvan neemt tijd in beslag. Dankzij een nieuw ontwikkelde beeldvormingstechnologie, PUV-PAM, door Amerikaanse bio-ingenieurs is het binnenkort wellicht mogelijk om deze analyse al tijdens de operatie uit te voeren onder een microscoop.
Op dit moment worden de weefselmonsters die tijdens een operatie via een biopsie genomen worden, ingevroren, gekleurd (voor de zichtbaarheid te verbeteren) en in dunne plakjes gesneden. Vervolgens wordt een optische histologiemicroscoop gebruikt voor een gedetailleerd onderzoek van de weefsels. Dat kost tijd en mocht uit het onderzoek blijken dat er nog tumorcellen op het oppervlak van het weefsel aanwezig zijn, dan moet de patiënt opnieuw geopereerd worden.
Analyse in OK
Dankzij de door Caltech wetenschappers ontwikkelde PUV-PAM-techniek kan het ‘tijdrovende’ proces zodanig ingekort worden dat het mogelijk wordt om weefselmonsters al op de OK, tijdens de operatie, te analyseren en een eventuele extra operatie worden voorkomen. Voor de nieuwe methode is het namelijk niet meer nodig om weefselmonsters in te vriezen, te snijden of te kleuren. Zelfs relatief dikke monsters met onregelmatige oppervlakken die normaal gesproken te dik zijn om met microscopie af te beelden, kunnen met de nieuwe methode direct in beeld worden gebracht. PUV-PAM staat voor parallelle ultraviolet fotoakoestische microscopie.
“We hopen dat dit nieuwe beeldvormingssysteem meer mogelijkheden kan bieden voor intraoperatief pathologisch onderzoek van preparaten zonder glaasjes bij oncologische operaties. We geloven dat het de potentie heeft om een revolutie teweeg te brengen in de intraoperatieve histologie,” zegt Rui Cao, hoofdauteur van het onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Science Advances. Het onderzoek werd uitgevoerd in het lab van Lihong Wang, Caltechs Bren Professor in Medical Engineering en Electrical Engineering. Cao is nu assistent-professor biomedische techniek aan de Case Western Reserve University.
Er wordt op meer plaatsen gewerkt aan innovaties op het gebied van microscopie. Zo presenteerden onderzoekers van Cornell in november een nieuwe geavanceerde beeldvormingstechnologie die een ongekende diepe en brede visualisatie van hersenactiviteit met eencellige resolutie mogelijk maak. De innovatieve microscoop, DEEPscope genaamd, combineert twee- en drie-foton microscopietechnieken om grootschalige neuronale activiteit en structurele details vast te leggen die voorheen ontoegankelijk waren.
Fotoakoestische microscopie
De nieuwe benadering is gebaseerd op een techniek die door Wangs laboratorium is ontwikkeld en fotoakoestische microscopie (PAM) wordt genoemd. Bij PAM wordt een weefselmonster aangeslagen met een laagenergetische laser, waardoor het weefsel gaat trillen. Het systeem meet de ultrasone golven die door het trillende weefsel worden uitgezonden. Omdat de kernen van cellen meer licht absorberen dan het omringende materiaal, onthult PAM de grootte en verdeling van die kernen, samen met de pakkingsdichtheid van cellen. Kankerweefsel heeft meestal grotere kernen en dichter opeengepakte cellen.
In het laboratorium van Lihong Wang zijn verschillende PAM-systemen ontwikkeld voor het in beeld brengen van bot- en borstweefselmonsters. Maar om de systemen bruikbaar te maken voor gebruik in de operatiekamer, moesten de beeldvormingssnelheid van de techniek aanzienlijk verhoogd worden. Tot nu toe werd die beperkt door de snelheid van de ultraviolette lasers die worden gebruikt om de weefsels op te wekken.
Lasersnelheid probleem opgelost
Om dit probleem met de lasersnelheid te omzeilen, verdeelden de onderzoekers een enkele laserstraal in acht kleinere laser “spots” die allemaal parallel werken. Dit maakt de beeldvorming veel sneller omdat de spots het monstergebied veel sneller kunnen bestrijken. Bovendien gebruikt PUV-PAM een combinatie van twee scantechnieken om een hoge beeldsnelheid te bereiken voor weefsels zonder glaasjes. Samen maken deze verbeteringen de nieuwe techniek ongeveer 40 keer sneller dan de state-of-the-art methoden die eerder in Wangs laboratorium zijn ontwikkeld.
“Met het huidige systeem kunnen we een monster van 1 cm2 met een resolutie van 1,3 micron binnen ongeveer vijf minuten in beeld brengen, en de nieuwe techniek is effectief in verschillende weefseltypen”, zegt Cao. “We geloven dat het gebruik van geavanceerde ultraviolette lasers met hogere pulsfrequenties en de integratie van meer parallelle kanalen de snelheid van de beeldvorming met deze techniek aanzienlijk zou kunnen verbeteren,” voegt professor Wang daaraan toe.
