Przenośne urządzenie do obrazowania i leczenia nowotworów jamy ustnej w krajach o ograniczonych zasobach
Nowotwory jamy ustnej stanowią rosnący problem zdrowia publicznego, zwłaszcza w Azji Południowej, gdzie każdego roku chorują na nie dziesiątki tysięcy osób. W Indiach nowotwory jamy ustnej odpowiadają za 40% wszystkich przypadków raka, co jest głównie związane z powszechnym stosowaniem produktów tytoniowych, takich jak gutka. Sytuację pogarsza ograniczony dostęp do wczesnej diagnostyki i leczenia, szczególnie na obszarach wiejskich i wśród społeczności defaworyzowanych. Większość przypadków diagnozuje się w zaawansowanych stadiach, gdy leczenie jest trudniejsze, a przeżywalność niższa.
Aby przeciwdziałać temu problemowi, naukowcy opracowali kompaktowe, niedrogie urządzenie, które umożliwia zarówno obrazowanie podejrzanych zmian, jak i przeprowadzanie terapii światłem w celu ich leczenia. Wyniki badań opublikowano na łamach czasopisma Biophotonics Discovery.
Urządzenie wykorzystuje zintegrowaną z telefonem komórkowym sondę wewnątrzustną wyposażoną w specjalistyczne diody LED i filtry, które umożliwiają rejestrowanie obrazów w świetle białym oraz fluorescencji, pomagając w wykrywaniu zmian nowotworowych. Dodatkowo zastosowano diody laserowe aktywujące światłoczuły związek – protoporfirynę IX (PpIX) – która gromadzi się w tkankach nowotworowych po podaniu prekursora – 5-aminolewulinianu (ALA). Pod wpływem światła PpIX generuje reaktywne cząsteczki niszczące komórki rakowe, przy jednoczesnym oszczędzaniu zdrowych tkanek. Ta metoda, znana jako terapia fotodynamiczna, wykazuje obiecujące rezultaty w leczeniu wczesnych zmian nowotworowych jamy ustnej przy minimalnych działaniach niepożądanych.
W celu oceny skuteczności urządzenia przeprowadzono szereg testów przedklinicznych. Badacze wykorzystali fantomy tkanek oraz hodowle komórkowe do oceny zdolności wykrywania fluorescencji PpIX oraz monitorowania jej rozpadu (fotowybielania) podczas leczenia. Urządzenie wykazało wyraźną zależność liniową w odpowiedzi na wzrost stężenia PpIX i pozwalało wykrywać zmiany fluorescencji odpowiadające skutecznemu dawkowaniu światła.
Do symulacji zastosowano trójwymiarowe modele tkanek jamy ustnej zawierające komórki nowotworowe, co umożliwiło ocenę głębokości wykrywania i leczenia zmian. System skutecznie obrazował fluorescencję PpIX do głębokości 2,5 mm i wykazywał efektywne fotowybielanie w zakresie odpowiadającym wczesnym stadiów raka jamy ustnej. Dalsze testy przeprowadzono na modelu zwierzęcym, gdzie zaobserwowano znaczną redukcję guzów w grupie leczonej urządzeniem w porównaniu do grupy kontrolnej. Badania histologiczne wykazały martwicę komórek nowotworowych sięgającą głębokości 3,5 mm, co było zgodne z symulacjami rozkładu światła.
Monitorowanie i informacja zwrotna w czasie rzeczywistym
Jedną z kluczowych zalet urządzenia jest możliwość monitorowania leczenia w czasie rzeczywistym. Dzięki pomiarom spadku fluorescencji PpIX podczas naświetlania system dostarcza informacji zwrotnej o dostarczonej dawce terapeutycznej. Może to znacząco zwiększyć skuteczność leczenia, nawet w warunkach braku rozwiniętej infrastruktury medycznej.
Naukowcy zastosowali również obrazowanie ratiometryczne, polegające na porównywaniu sygnałów fluorescencji w zakresie czerwonym i zielonym, co poprawia precyzję wykrywania zmian i monitorowania leczenia. Metoda ta pozwala na odróżnienie tkanek nowotworowych od zdrowych, nawet w złożonych środowiskach anatomicznych.
Badania wykazały, że niskokosztowe, przenośne urządzenie może skutecznie realizować zarówno diagnostykę, jak i leczenie wczesnych stadiów raka jamy ustnej, z wysoką dokładnością i efektywnością. Połączenie funkcji obrazowania i terapii w jednym narzędziu może znacząco ułatwić opiekę medyczną w regionach, gdzie dostęp do specjalistów jest ograniczony.
Dalsze prace badawcze skupią się na badaniach klinicznych i udoskonaleniu urządzenia w celu jego szerszego zastosowania. Zespół badawczy przewiduje stworzenie systemu, który nie tylko poprowadzi terapię, ale również dostosuje ją w czasie rzeczywistym, czyniąc terapię fotodynamiczną bardziej dostępną i skuteczną dla pacjentów na całym świecie.
Źródło: Biophotonics Discovery, Enabling point of care optical diagnostics and treatment of oral lesions in resource-limited settings: preclinical development and evaluation of a low-cost theranostic intraoral device for image-guided photodynamic therapy
DOI 10.1117/1.BIOS.2.4.042305
