Nopean paikan päällä tehtävän diagnostiikan validointi varhaisen vaiheen keuhkosyövän näytteenotossa korkeamman harmonisen sukupolven mikroskoopilla (VALIDIAG)

Kaikkien epäiltyjen pahanlaatuisten kasvainten, kuten keuhkosyövän, diagnosoinnin kultastandardi sisältää patologisen tutkimuksen valomikroskopialla, jota täydennetään immunohistokemiallisilla tekniikoilla ja molekyyli- (kudos)diagnostiikalla. Tämän kudoksen virallinen arviointi tapahtuu tyypillisesti sen toimenpiteen jälkeen, jossa kudos saatiin, histologisella analyysillä (kudosanalyysi) tai sytologisella analyysillä (aspiraatiolla saatu soluanalyysi). Vasta sitten voidaan varmistaa, onko saatu kudos laadullisesti riittävä ja/tai kvantitatiivisesti riittävä diagnoosin tekemiseen.

Sen varmistamiseksi, että monimutkaiset ja/tai invasiiviset toimenpiteet suoritetaan oikeilla tulosmittauksilla, leikkauksensisäinen kudosdiagnostiikka olisi hyödyllistä. Postoperatiivisen arvioinnin lisäksi monimutkaisissa ja/tai invasiivisissa toimenpiteissä käytetään usein materiaalin toimenpiteen sisäistä arviointia kvalitatiiviseen ja kvantitatiiviseen arviointiin ("nopea paikan päällä tehtävä arviointi" (ROSE) ja "jäädytetty osastotutkimus"). Nopea sytopatologian arviointi paikan päällä on aina läsnä navigaatiokeuhkoputkien tähystystoimenpiteissä, kun taas pakasteleikkeen tutkimusta käytetään kirurgisessa kudosresektiossa (kuten keuhkosyöpäkirurgiassa sekä onkologisessa ENT- ja ruokatorvikirurgiassa, muiden elin- ja pahanlaatuisuusepäilyjen ohella) .

Navigaatiobronkoskopia Potilaille, joilla on (epäilty) varhaisvaiheen keuhkosyöpä, navigointibronkoskopia on työvoimavaltainen, monimutkainen toimenpide, josta on nyt tullut uusi hoitostandardi keuhkosyövän epäilyttävissä olevien poikkeavuuksien diagnosoinnissa. Endoskooppia ja sitä seuraavaa navigoitavaa katetria käytetään navigoimaan luonnollisten hengitysteiden kautta epäilyttävään vaurioon ja ottamaan biopsia diagnoosin tekemiseksi. Koska nämä ovat usein perifeerisiä pieniä vaurioita, on ratkaisevan tärkeää saada kudos millimetrin tarkkuudella. Navigaatiobronkoskopiassa käytetään rutiininomaisesti aiemmin mainittua ROSE-tekniikkaa, jotta toimenpiteen aikana saadaan palautetta siitä, soveltuuko saatu kudos diagnoosin tekemiseen. Histologinen ja/tai sytologinen kudos kerätään pienillä instrumenteilla navigointibronkoskopian aikana, kuten solumateriaalilla täytetyllä objektilaseilla. Sytologianalyytikko arvioi muutamassa minuutissa, onko materiaali edustava värjäämällä ja tutkimalla sitä mikroskoopilla. Edustavuus tarkoittaa, että aineistossa on riittävästi lopullisen patologian diagnoosin suorittamiseen poikkeaman selittämiseksi. Koska navigaatiobronkoskopia sisältää vain pieniä biopsioita ja kudosta itse kasvaimesta tai ympäröivästä kudoksesta ei saada varmuudella suoralla visualisoinnilla (biopsiat otetaan röntgenfluoroskopian ohjauksessa), tehdään useita ja laajoja biopsioita. Nykyisessä kliinisessä käytännössä potilasta kohden otetaan rutiininomaisesti yli kymmenen biopsiaa. Käytännössä havaitsemme intraoperatiivisessa kuvantamisessa, että yli 90 %:ssa tapauksista pääsimme tarkasti leesiokohtaan. Myöhemmässä seurannassa käy ilmi, että noin 10-15 %:ssa toimenpiteistä emme vieläkään pysty antamaan oikeaa diagnoosia saadun materiaalin analysoinnin jälkeen.

Leikkaus Kuten ROSE navigaatiokeuhkoputkien tähystyksen aikana, pakasteleikkeen tutkimusta pyydetään myös kirurgisten toimenpiteiden aikana, kun toimenpiteen alussa ei ole saatavilla diagnoosia tai kun kliinisesti merkitykselliset imusolmukeasemat vaikuttavat toimenpiteeseen. Kudos otetaan, ja työntekijä tuo sen patologian osastolle. Leikkauksen eteneminen on keskeytetty. Kudos jäädytetään patologian osastolla leikkaamista varten, jotka sitten värjätään ja patologi arvioi. Näistä toimista johtuen tämä tarkoittaa, että kirurgi odottaa leikkauksen aikana patologian tulosta tyypillisesti yli puoli tuntia.

Tämä lähestymistapa on tavanomainen lukuisissa kirurgisissa toimenpiteissä, ei vain keuhkokirurgiassa, vaan myös toimenpiteissä potilaille, joilla on ruokatorven syöpä, pään ja kaulan syöpä sekä muita kiinteitä kasvaimia muualla kehossa.

Monissa kliinisissä tilanteissa toimenpiteen aikana saatavilla oleva nopeampi ja yksityiskohtaisempi patologinen palaute, joka tarjoaa välittömän käsityksen poikkeavuuksien alkuperästä, voisi parantaa merkittävästi kliinistä käytäntöä. Toimenpiteen odotusaikoja voidaan lyhentää, mikä muodostaa umpeen eron leesion tarkan saavuttamisen ja diagnoosin välillä. Se mahdollistaa diagnostisten toimenpiteiden, kuten navigaatiobronkoskopian, aikana tarvittavien biopsioiden määrän tehokkaamman määrittämisen ja mahdollistaa tarkemman intraoperatiivisen arvioinnin siitä, onko lisähoito tarpeen.

Higher Harmonic Generation Microscopy Higher Harmonic Generation Microscopy (HHGM) on uusi digitaalinen kuvantamistekniikka, jolla voidaan tuottaa (digitaalisia) mikroskopiakuvia laservalolla toimenpiteen aikana. Tämä tekniikka tuottaa ei-invasiivisia, etiketöimättömiä digitaalisia kuvia elävästä kudoksesta subsellulaarisella resoluutiolla. Kuvien kontrastin aiheuttavat epäjatkuvuudet, ei-keskosymmetriset molekyylirakenteet tai autofluoresoivat organellit, jotka tuottavat korkeampia optisia harmonisia ja autofluoresoivia fotoneja, jotka havaitaan mikroskoopilla. HHGM:ää on aiemmin sovellettu eri kudostyyppien, kuten rintojen, aivojen ja keuhkojen, kuvaamiseen. Aikaisempi tutkimus osoitti, että HHGM tarjoaa korkealaatuisia kuvia keuhkokasvaimista muutamassa minuutissa ilman kiinnitystä ja värjäytymistä. Tuloksena saadut kuvat paljastivat solutiheyden, kasvaimen solu- ja tumamorfologiset piirteet sekä solunulkoisen matriisin komponentit (fibroblastit, kollageeni ja elastiini), immuunisolut, punasolut ja verisuonet. Myöhemmässä tutkimuksessa Amsterdamin UMC:ssä otettiin 109 biopsiaa 47 potilaasta keskimäärin 6 minuutin (IQR = 3 minuuttia) sisällä leikkauksen jälkeen. Kuvanlaatu oli riittävä maligniteetin tai ei-pahanlaatuisuuden diagnosoimiseksi 97 %:ssa biopsioista, ja patologit arvioivat oikein 87 % HHG-kuvista.

Tärkeää on, että osoitettiin, että tällä optisella kuvantamisella ei ollut vaikutusta normaaliin patologiseen käsittelyyn ja arviointiin. Kuvattua kudosta voitiin käsitellä ja arvioida normaalin rutiinin mukaisesti välittömästi kuvien ottamisen jälkeen. Aiemmassa tutkimuksessa ihmisen keuhkokudoksesta Amsterdamin UMC:ssä (47 potilasta) patologi arvioi HHG-mikroskoopilla kuvantamisen jälkeen otettuja histopatologisia kuvia. Havaittiin, että kuvantamisella HHG-mikroskoopilla ei myöskään ollut vaikutusta kudokseen tai sen saavutettavuuteen. Näytteen laserteho on 5 mW, mikä vastaa laserosoittimen tehoa.

Saadut kudokset asetetaan ennen jatkokäsittelyä rutiininomaisten kliinisten prosessien mukaisesti erityiseen säiliöön HHGM-kuvausta varten. Sekä pienet, esimerkiksi navigointibronkoskopiassa otetut biopsiat että suuremmat, pidempään skannausaikoja vaativat kirurgiset resektiokudokset sijoitetaan näihin erikoissäiliöihin, jotka kostutetaan minimaalisesti lisäämällä kuvantamisen aikana pieni määrä fysiologista suolaliuosta (tippaa useaan pisaraan). Tämä tehdään kuvantamisen parantamiseksi ja mahdollisen kuivumisen estämiseksi. Tällä fysiologisen suolaliuoksen lisäyksellä ei ole negatiivista vaikutusta patologin myöhempään kudoksen arviointimahdollisuuksiin.

Tässä kuvatun tutkimusprotokollan tavoitteena on kerätä suuri määrä HHGM-kuvia rutiinitoimenpiteiden aikana päivittäisessä kliinisessä käytännössä, luoda laajempi kuvakirjasto HHGM-kuvien ymmärtämiseksi, patologien kouluttamiseksi ja tekoälyalgoritmin kehittäminen tulevaa tietokoneavusteista diagnostiikkaa ja/ tai automaattinen diagnostiikka paikan päällä. Toimenpiteen aikana kerättyjä kuvia ei käytetä kliiniseen päätöksentekoon.