Naukowcy opracowali nową technikę opartą na laserze, która precyzyjnie niszczy gruczolakoraka przewodowego trzustki (PDAC), pozostawiając zdrową tkankę nienaruszoną. PDAC to najczęstszy typ raka trzustki i trzecia najczęstsza przyczyna zgonów z powodu nowotworów.
„Nasza technologia po raz pierwszy wykorzystuje molekularny odcisk palca guza do selektywnej ablacji” – powiedział kierownik zespołu badawczego dr Houkun Liang z Uniwersytetu Syczuańskiego w Chinach. „Odkryliśmy, że ponieważ PDAC zawiera znacznie więcej włókien kolagenowych niż zdrowa tkanka trzustki, zastosowanie lasera w zakresie średniej podczerwieni o długości fali silnie pochłanianej przez kolagen umożliwia ablację nowotworowej tkanki przy zachowaniu zdrowego miąższu trzustki.”
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Optica naukowcy opisali nową metodę wykorzystującą opracowany przez nich wysokoenergetyczny femtosekundowy laser średniopodczerwony. Badania przeprowadzono na guzach PDAC usuniętych od 13 pacjentów. Wykazano, że nowa metoda była od dwóch do trzech razy skuteczniejsza w niszczeniu tkanki nowotworowej niż w przypadku zdrowej tkanki trzustki.
„Nasze badania mogą doprowadzić do powstania nowej, małoinwazyjnej strategii efektywnej ablacji PDAC przy jednoczesnym zachowaniu zdrowej trzustki” – dodał Liang. „Może to znacząco ograniczyć powikłania chirurgiczne, zachować funkcję narządu, a przede wszystkim stanowić punkt odniesienia dla terapii innych guzów bogatych w określone biomolekuły, otwierając nowe możliwości dla precyzyjnej onkologii i zabiegów małoinwazyjnych.”
Zachowanie zdrowej tkanki
Ablacja guzów to małoinwazyjna metoda niszczenia tkanki nowotworowej bez konieczności jej chirurgicznego usuwania – poprzez zastosowanie światła laserowego, energii cieplnej lub środka chemicznego bezpośrednio na zmianę. Choć różne techniki ablacji zyskują coraz większe zainteresowanie kliniczne w leczeniu raka trzustki i innych nowotworów, ich zastosowanie jest ograniczone ze względu na ryzyko uszkodzenia zdrowych tkanek.
„Naszym celem jest opracowanie platformy chirurgicznej opartej na laserze, która wykorzystuje molekularne odciski palców do zmniejszenia uszkodzeń sąsiednich tkanek i prowadzenia selektywnej ablacji” – wyjaśnił Liang. „Istnieje pilna potrzeba opracowania bezpieczniejszych i bardziej precyzyjnych metod leczenia różnych typów nowotworów, chorób oczu czy miażdżycy, a można to osiągnąć poprzez zastosowanie długości fali dopasowanej do specyficznych właściwości absorpcyjnych biomolekuł.”
Kolagen jako biomarker i cel lasera
Aby opracować metodę dostosowaną do raka trzustki, naukowcy zidentyfikowali długość fali lasera najsilniej pochłanianą przez liczne cząsteczki kolagenu w guzie – 6,1 mikrometra. Zespół Lianga współpracował z grupą prof. Wonkeun Changa z Nanyang Technological University w Singapurze, która opracowała nowy światłowód o pustym rdzeniu typu antyrezonansowego.
Światłowód o zewnętrznej średnicy poniżej 400 mikrometrów i stratach gięcia poniżej 1 dB/m przy promieniu zgięcia poniżej 10 cm umożliwia bezpieczne i precyzyjne dostarczanie światła laserowego głęboko w organizm człowieka. Do zastosowań klinicznych można go dodatkowo wyposażyć w biokompatybilny płaszcz z poliimidu klasy medycznej i końcówki z szafiru, zwiększające trwałość i bezpieczeństwo zabiegu.
Po ustaleniu, że laser o długości 6,1 mikrometra wchodzi w przewidywalne i bezpieczne interakcje z tkanką, naukowcy przeprowadzili testy selektywnej ablacji ludzkich guzów PDAC oraz zdrowej tkanki trzustki. Wykazano, że długość fali 6,1 µm pozwalała na bardzo wysoką selektywność wobec tkanki nowotworowej przy minimalnym uszkodzeniu zdrowych komórek, a jednocześnie zwiększała skuteczność ablacji w porównaniu z długościami fali 1 lub 3 mikrometry.
Nowe kierunki dla chirurgii laserowej
„Metoda ta jest szczególnie odpowiednia dla gruczolakoraków przewodowych trzustki o wysokiej zawartości kolagenu, do których możliwy jest dostęp światła laserowego” – powiedział Liang. „W praktyce klinicznej wiązka lasera mogłaby być stosowana w trakcie zabiegów małoinwazyjnych lub endoskopowych.”
Zespół badawczy kontynuuje prace nad optymalizacją parametrów lasera i systemu dostarczania światła w celu poprawy wydajności i stabilności ablacji. Naukowcy integrują również technologię optycznej tomografii koherencyjnej (OCT) z systemem, by umożliwić jednoczesne obrazowanie i ablację nowotworu. Planują również zbadanie możliwości zastosowania tej technologii w leczeniu innych typów guzów o odmiennych profilach molekularnych.
Zanim jednak metoda zostanie wprowadzona do praktyki klinicznej, konieczne będą szeroko zakrojone badania bezpieczeństwa biologicznego oraz kontrolowane badania kliniczne oceniające skuteczność i ryzyko. Badacze planują również udoskonalenie integracji źródła lasera z systemem światłowodowym, aby zapewnić łatwość i bezpieczeństwo stosowania w warunkach klinicznych.
Źródło: Optica, Selective tumor ablation via femtosecond laser resonant with collagen
DOI: https://doi.org/10.1364/OPTICA.561337
