Hautfeuchtigkeitsbewertung mit TeRAhertz-Scanning (SINATRA)

Die SINATRA-Studie ist eine Pilotstudie mit dem primären Ziel, die Machbarkeit der Versuchsmethodik zu untersuchen. Darüber hinaus werden sekundäre Ziele der Studie untersuchen, ob THz-Licht in der Lage ist, subtile Unterschiede in der Hautfeuchtigkeit und deren klinische Relevanz zu erkennen. Aufgrund der beispiellosen Empfindlichkeit von THz-Licht gegenüber der Hautfeuchtigkeit werden die Forscher auch untersuchen, ob verschiedene Hauttypen bestimmte Weichmacher bevorzugt aufnehmen. Dazu gehören trockene Hauterkrankungen wie Ekzeme, Psoriasis und postoperative Narben. Dadurch erhalten wir Informationen darüber, wie wir die Arten von Weichmachern optimieren können, die bei der zukünftigen Entwicklung neuer Feuchtigkeitscremes und Sonnenschutzmittel verwendet werden. Dies wird bereits in einer Kohorte von Freiwilligen mit nicht betroffener Haut untersucht (unveröffentlichte Pilotstudiendaten, University of Warwick). Darüber hinaus werden die Forscher im Rahmen der SINATRA-Studie untersuchen, ob die THz-Bildgebung in der Lage ist, subklinischen (unsichtbaren) Hautkrebs (residuales Basalzellkarzinom (BCC)) zu erkennen und die Diagnose von vermutetem Hautkrebs (malignes Melanom) in vivo zu verbessern. Es ist bekannt, dass Hautkrebs eine lokalisierte Entzündungsreaktion und mikroskopische Schwellung hervorruft, sodass die Veränderungen der Hautfeuchtigkeit möglicherweise objektiv durch THz-Skinometrie gemessen werden können.

Terahertz (1012 Hz) gepulste Bildgebung ist eine neue Technik mit hoher Auflösung und hat sich erst vor kurzem als potenzielles neues klinisches Werkzeug für die medizinische Bildgebung herausgestellt. Es ist ein sicheres Bildgebungsverfahren, da das Licht nicht ionisierend ist – es hat eine millionenfach niedrigere Energie als Röntgenstrahlen und hat daher nicht genug Energie, um eine Ionisation zu verursachen. Die in dieser Studie in den THz-Systemen verwendeten Leistungspegel sind ebenfalls sehr niedrig, so dass keine dauerhaften Auswirkungen auftreten. Insbesondere unsere In-vivo-THz-Bildgebungssysteme haben eine Spitzenleistung von weniger als 40 mW und eine durchschnittliche Leistungsintensität von weniger als 4 µW/cm2. Studien von Hough et al. [2] haben gezeigt, dass selbst eine 50.000-mal höhere Spitzenleistung und eine 30-mal höhere durchschnittliche Intensität keine Veränderung der Genexpression bewirken. Daher sind die in unseren THz-In-vivo-Bildgebungssystemen verwendeten Leistungsstufen sicher und haben keine bekannten Nebenwirkungen oder Risiken

Die SINATRA-Studie wird vorläufige Pilotdaten von Teilnehmern einer zweiarmigen Machbarkeitsbeobachtungsstudie sammeln.

1. Ein Arm wird aus 100 Patienten mit bekanntem oder vermutetem Hautkrebs bestehen (Hautkrebs definiert als: unvollständig entferntes BCC mit histologisch nachgewiesener radialer Randbeteiligung; durch Biopsie nachgewiesenes BCC oder pigmentierte Läsionen mit Verdacht auf malignes Melanom). Bilder werden in der Klinik vor einer geplanten Hautoperation aufgenommen und später mit den formalen histologischen Ergebnissen verglichen, nachdem der primäre (Melanom) oder verbleibende (BCC) Tumor entfernt wurde.
2. Der zweite Arm besteht aus 50 Patienten mit gutartigen Erkrankungen der trockenen Haut (Ekzeme, Psoriasis, Hauttransplantationen, Narben usw.) und vergleicht den Wassergehalt ihrer Haut vor und nach der Anwendung eines geeigneten Weichmachers im allgemeinen Gebrauch (z. E45®, Aveeno®, Doublebase®). Dies wird den bestehenden Datensatz ergänzen, der von gesunden Freiwilligen ohne Patienten aufgezeichnet wurde (unveröffentlichte Daten, University of Warwick). Dies kann in Zukunft bei der patientenspezifischen Auswahl von Weichmachern hilfreich sein.

Dies wird die Wissensbasis erweitern, um das Erscheinungsbild von Hautkrebs unter THz-Skinometrie zu definieren. Die spektroskopischen Befunde haben keinen Einfluss auf das etablierte Management, das in Zusammenarbeit mit einem beratenden Dermatologen oder plastischen Chirurgen und dem Patienten geplant wurde.

Studienarm 1: Der Studienarm von 50 Patienten mit gutartigen trockenen Hautzuständen wird einem Scan mit dem THz-Skinometer unterzogen und der Wassergehalt der Haut vor und nach dem Auftragen von handelsüblichen Emollientien (z. E45®, Aveeno®, Doublebase®). Die Teilnehmer erhalten einen THz-Scan des trockenen Hautbereichs und eines Kontrollbereichs. Dann tragen sie ihr Emolliens auf und warten 10 Minuten mit weiteren 2 Scans des Kontrollbereichs und des trockenen Hautbereichs. Schließlich wird noch 10 Minuten gewartet, bevor ein abschließender Scan des Kontrollbereichs und des trockenen Hautbereichs durchgeführt wird. Für diese Gruppe gibt es insgesamt 6 Scans.

Studienarm 2: Der Arm mit 100 Patienten mit bekanntem oder vermutetem Hautkrebs wird vor ihrer geplanten Hautoperation in der Klinik mit dem THz-Skinometer gescannt. Sie werden auf dem kanzerösen Bereich und einem Kontrollbereich für insgesamt 2 Scans gescannt. Später werden die Ergebnisse des THz-Scans mit den formalen histologischen Ergebnissen verglichen, nachdem der primäre (Melanom) oder verbleibende (BCC) Tumor entfernt wurde.

In-vivo-THZ-Bilder aus einer Fallstudie von Patienten mit BCC aus dem Jahr 2004 legten nahe, dass es möglich sein sollte, unter der Haut verborgenen Hautkrebs mithilfe der THz-Bildgebung zu erkennen. Spektroskopische Studien von Emma MacPherson und ihren Kollegen in Cambridge im Jahr 2006 zeigten, dass sich die grundlegenden THz-Eigenschaften von frisch entfernten (exzidierten) Hautkrebstumoren statistisch signifikant von gesundem Gewebe unterscheiden, und es wird angenommen, dass die Unterschiede hauptsächlich auf Änderungen des Wassergehalts zurückzuführen sind das Gewebe. Die hohe Empfindlichkeit von THz-Licht gegenüber Wasser bedeutet auch, dass das THz-Signal stark gedämpft wird und eine sehr begrenzte Eindringtiefe in das Gewebe hat – daher würde das THz-Scannen große Schwierigkeiten haben, tiefe Tumore zu erkennen. Die Eindringtiefe hängt vom Signal-Rausch-Verhältnis des THz-Bildgebungssystems ab, daher wurden Anstrengungen unternommen, um die Signalverarbeitung und/oder die THz-Instrumentierung zu verbessern. Seitdem untersucht EM die zugrunde liegenden THz-Bildkontrastmechanismen und entwickelt neue Algorithmen und Ansätze zur Verbesserung der Genauigkeit der Probencharakterisierung sowie zur Beschleunigung der THz-Bilddatenerfassung. Diese neuere Arbeit treibt den Stand der Technik in der THz-In-vivo-Bildgebung voran, sowohl in Bezug auf Genauigkeit als auch auf Geschwindigkeit. Dies bedeutet entscheidend, dass die Forscher jetzt besser gerüstet sind, um THz-Bildgebung in vivo-Studien durchzuführen, und die Forscher konnten sogar erklären, dass die Poren der Haut durch das Bildfenster für die Dauer der THz-Messung blockiert (verschlossen) wurden. Dieser „Verschluss“-Prozess bedeutet, dass die Haut nicht normal atmen kann und sich Wasser in der äußersten Hautschicht, dem Stratum Corneum (SC), ansammelt. EM hat dieses Phänomen ausgenutzt, um Pionierarbeit bei der Verwendung von THz-Bildgebung zur Bestimmung der Wasserdiffusionsrate innerhalb des SC während der Okklusion zu leisten. EM hat auch Instrumententechniken für die In-vivo-Bildgebung entwickelt und die wichtigsten Variablen und Parameter wie Kontaktdruck und Okklusionsdauer identifiziert. Die neuesten Ergebnisse von EM zeigen, dass der Brechungsindex der Haut sowohl mit zunehmendem Druck als auch mit zunehmender Okklusionszeit zunimmt. Diese Ergebnisse werden zur Entwicklung des THz-Skinometers und begleitender Charakterisierungsalgorithmen im Rahmen dieser Studie verwendet. Die Ergebnisse von EM zeigen, wie die THz-Bildgebung zur Messung des Hydratationsprofils und der Wasserdiffusionsfähigkeit der Haut verwendet werden kann, und dies ist die Grundlage der Theorie, die in der SINATRA-Studie weiterentwickelt wird, um die Penetration und Haltbarkeit von Weichmachern und Sonnenschutzmitteln bei verschiedenen Hauttypen zu bewerten . Die in der SINATRA-Studie gesammelten Pilotdaten werden bei der Entwicklung einer größeren Studie wertvoll sein, die zu einer transformativen Verbesserung der Prävention und Behandlung von Hautkrebs und besseren Befeuchtungsstrategien für andere Hauterkrankungen führt.