Hodnocení hydratace pleti pomocí skenování TeRAhertz (SINATRA)

Studie SINATRA je pilotní studií s primárním cílem prozkoumat proveditelnost zkušební metodologie. Kromě toho sekundární cíle studie prozkoumají, zda je THz světlo schopné detekovat jemné rozdíly v hydrataci pokožky a jejich klinický význam. Vzhledem k bezprecedentní citlivosti THz světla na hydrataci pokožky budou výzkumníci také zkoumat, zda různé typy pleti preferují příjem určitých změkčovadel. To zahrnuje stavy suché kůže, jako je ekzém, lupénka a pooperační jizvy. To nám poskytne informace o tom, jak optimalizovat typy změkčovadel používaných při budoucím vývoji nových zvlhčovačů a opalovacích krémů. To se již vyšetřuje u kohorty dobrovolníků s nepostiženou kůží (nepublikovaná data z pilotní studie, University of Warwick). Kromě toho v rámci studie SINATRA budou vyšetřovatelé zkoumat, zda je THz zobrazování schopné detekovat subklinický (neviditelný) karcinom kůže (zbytkový bazaliom (BCC)) a zlepšit diagnózu suspektního karcinomu kůže (maligní melanom) in vivo. Je známo, že rakovina kůže vyvolává lokalizovanou zánětlivou reakci a mikroskopický otok, a tak lze změny v hydrataci kůže objektivně měřit pomocí THz skinometrie.

Terahertzové (1012 Hz) pulzní zobrazování je nová technika s vysokým rozlišením a teprve nedávno se objevila jako potenciální nový klinický nástroj pro lékařské zobrazování. Jedná se o bezpečný způsob zobrazování, protože světlo je neionizující – má milionkrát nižší energii než rentgenové záření, a proto nemá dostatek energie k ionizaci. Úrovně výkonu používané v systémech THz v této studii jsou také velmi nízké, takže nedochází k žádným trvalým účinkům. Konkrétně naše in vivo THz zobrazovací systémy mají špičkový výkon nižší než 40 mW a průměrnou intenzitu výkonu nižší než 4 µW/cm2. Studie Hough et al [2] ukázaly, že ani použití špičkového výkonu 50 000krát vyššího a průměrné intenzity 30krát vyšší nezpůsobuje žádnou změnu v genové expresi. Proto jsou úrovně výkonu používané v našich zobrazovacích systémech THz in vivo bezpečné a nemají žádné známé vedlejší účinky nebo rizika

Studie SINATRA bude shromažďovat předběžná pilotní data od účastníků dvouramenné pozorovací studie proveditelnosti.

1. Jedno rameno bude tvořit 100 pacientů se známým nebo suspektním karcinomem kůže (rakovina kůže definovaná jako: neúplně vyříznutý BCC s histologicky prokázaným postižením radiálního okraje; biopsií prokázaný BCC nebo pigmentové léze suspektní z maligního melanomu). Snímky budou pořízeny na klinice před plánovanou kožní operací a později porovnány s výsledky formální histologie po odstranění primárního (melanom) nebo reziduálního (BCC) nádoru.
2. Druhé rameno bude sestávat z 50 pacientů s benigními stavy suché kůže (ekzémy, lupénka, kožní štěpy, jizvy atd.) a bude porovnávat obsah vody v jejich kůži před a po aplikaci vhodného změkčovadla běžně používaného (např. E45®, Aveeno®, Doublebase®). Tím se doplní stávající soubor dat, který byl zaznamenán od zdravých dobrovolníků, kteří nejsou pacienty (nepublikovaná data, University of Warwick). To může v budoucnu pomoci při výběru specifického změkčovadla pro pacienta.

Tím se rozšíří znalostní báze k definování výskytu rakoviny kůže při THz skinometrii. Spektroskopické nálezy neovlivní zavedený management, který bude naplánován ve spolupráci s odborným dermatologem nebo plastickým chirurgem a pacientem.

Rameno studie 1: Rameno studie s 50 pacienty s benigní suchou kůží podstoupí skenování pomocí THz skinometru a bude porovnávat obsah vody v kůži před a po aplikaci vhodných změkčovadel běžně používaných (např. E45®, Aveeno®, Doublebase®). Účastníci budou mít THz sken suché oblasti kůže a kontrolní oblasti. Poté aplikují své změkčovadlo a počkají 10 minut s dalšími 2 skeny kontrolní oblasti a oblasti suché pokožky. Nakonec bude následovat dalších 10 minut čekání před konečným skenováním kontrolní oblasti a oblasti suché pokožky. Pro tuto skupinu je celkem 6 skenů.

Rameno studie 2: Rameno se 100 pacienty se známou nebo suspektní rakovinou kůže bude mít na klinice skenování pomocí THz skinometru před plánovanou kožní operací. Budou skenovány na rakovinné oblasti a kontrolní oblasti pro celkem 2 skeny. Později budou výsledky THz skenu porovnány s výsledky formální histologie po odstranění primárního (melanom) nebo reziduálního (BCC) nádoru.

In vivo THz snímky z případové studie pacientů s BCC v roce 2004 naznačovaly, že by mělo být možné detekovat rakovinu kůže skrytou pod kůží pomocí THz zobrazování. Spektroskopické studie Emmy MacPherson a jejích kolegů v Cambridge v roce 2006 ukázaly, že základní THz vlastnosti čerstvě odstraněných (vyříznutých) nádorů rakoviny kůže se statisticky významně liší od zdravých tkání a předpokládá se, že rozdíly jsou způsobeny především změnami v obsahu vody tkáň. Vysoká citlivost THz světla na vodu také znamená, že THz signál je silně zeslaben a má velmi omezenou hloubku průniku do tkáně - takže THz skenování by mělo velké potíže s detekcí hlubokých nádorů. Hloubka průniku závisí na poměru signálu k šumu zobrazovacího systému THz, proto bylo vynaloženo úsilí na zlepšení zpracování signálu a/nebo THz instrumentace. Od té doby EM zkoumá základní mechanismy kontrastu THz obrazu a také vyvíjí nové algoritmy a přístupy ke zlepšení přesnosti charakterizace vzorků a také k urychlení získávání obrazových dat THz. Tato novější práce posouvá nejmodernější zobrazování in vivo v THz, a to jak z hlediska přesnosti, tak rychlosti. To, co je zásadní, znamená, že vyšetřovatelé jsou nyní lépe vybaveni k provádění THz zobrazování in vivo studií a vyšetřovatelé byli dokonce schopni vysvětlit, že póry kůže jsou blokovány (okluzovány) zobrazovacím oknem po dobu měření THz. Tento proces „okluze“ znamená, že kůže nemůže normálně dýchat a voda se hromadí v nejzevnější vrstvě kůže, stratum corneum (SC). EM využila tohoto jevu k průkopnickému použití THz zobrazování k určení rychlosti difúze vody v SC během okluze. EM také vyvíjí in vivo zobrazovací instrumentační techniky a identifikuje klíčové proměnné a parametry, jako je kontaktní tlak a trvání okluze. Nejnovější výsledky EM ukazují, že index lomu kůže se zvyšuje jak s rostoucím tlakem, tak s prodlužující se dobou okluze. Tyto výsledky budou použity k vývoji THz skinometru a doprovodných charakterizačních algoritmů v rámci této studie. Zjištění EM ukazují, jak lze THz zobrazování použít k měření hydratačního profilu a difuzivity vody v kůži, a to je základ teorie, která bude dále rozvíjena ve studii SINATRA, aby se vyhodnotila penetrace a trvanlivost změkčovadel a opalovacích krémů u různých typů pleti. . Pilotní data shromážděná ve studii SINATRA budou cenná při vývoji rozsáhlejší studie vedoucí k transformativnímu zlepšení v prevenci a léčbě rakoviny kůže a lepším strategiím hydratace u jiných kožních onemocnění.