Valutazione dell'idratazione della pelle con scansione TeRAhertz (SINATRA)

Lo studio SINATRA è uno studio pilota con l'obiettivo primario di esplorare la fattibilità della metodologia sperimentale. Inoltre, obiettivi secondari dello studio indagheranno se la luce THz è in grado di rilevare sottili differenze nell'idratazione della pelle e la loro rilevanza clinica. A causa della sensibilità senza precedenti della luce THz all'idratazione della pelle, i ricercatori indagheranno anche se i diversi tipi di pelle hanno un assorbimento preferenziale di determinati emollienti. Ciò includerebbe condizioni di pelle secca come eczema, psoriasi e cicatrici post-operatorie. Questo ci darà informazioni su come ottimizzare i tipi di emollienti utilizzati nello sviluppo futuro di nuove creme idratanti e filtri solari. Questo è già oggetto di indagine in una coorte di volontari con pelle non affetta (dati di uno studio pilota non pubblicato, Università di Warwick). Inoltre, nell'ambito dello studio SINATRA, i ricercatori indagheranno se l'imaging THz è in grado di rilevare il cancro della pelle subclinico (invisibile) (carcinoma basocellulare residuo (BCC)) e migliorare la diagnosi di sospetto cancro della pelle (melanoma maligno) in vivo. È noto che il cancro della pelle produce una reazione infiammatoria localizzata e un gonfiore microscopico e quindi i cambiamenti nell'idratazione della pelle possono essere misurati oggettivamente mediante la skinometria THz.

L'imaging pulsato Terahertz (1012 Hz) è una nuova tecnica ad alta risoluzione ed è emersa solo di recente come potenziale nuovo strumento clinico per l'imaging medico. È una modalità di imaging sicura poiché la luce non è ionizzante: ha un'energia un milione di volte inferiore rispetto a una radiografia e quindi non ha energia sufficiente per provocare la ionizzazione. Anche i livelli di potenza utilizzati nei sistemi THz in questo studio sono molto bassi in modo tale che non vi siano effetti duraturi. In particolare, i nostri sistemi di imaging THz in vivo hanno una potenza di picco inferiore a 40 mW e un'intensità di potenza media inferiore a 4 µW/cm2. Gli studi di Hough et al [2] hanno dimostrato che anche l'utilizzo di una potenza di picco 50.000 volte superiore e un'intensità media 30 volte superiore non provoca alcun cambiamento nell'espressione genica. Pertanto, i livelli di potenza utilizzati nei nostri sistemi di imaging THz in vivo sono sicuri e non presentano effetti collaterali o rischi noti

Lo studio SINATRA raccoglierà dati pilota preliminari dai partecipanti a uno studio osservazionale di fattibilità a due bracci.

1. Un braccio sarà composto da 100 pazienti con cancro della pelle noto o sospetto (tumore della pelle definito come: BCC incompletamente asportato con coinvolgimento del margine radiale istologicamente provato; BCC provato da biopsia o lesioni pigmentate sospette di melanoma maligno). Le immagini verranno scattate in clinica prima della chirurgia cutanea pianificata e successivamente confrontate con i risultati istologici formali dopo che il tumore primario (melanoma) o residuo (BCC) è stato rimosso.
2. Il secondo braccio sarà composto da 50 pazienti con condizioni benigne della pelle secca (eczema, psoriasi, innesti cutanei, cicatrici ecc.) e confronterà il contenuto di acqua della loro pelle prima e dopo l'applicazione di proprietà emollienti di uso comune (ad es. E45®, Aveeno®, Doublebase®). Ciò si aggiungerà al set di dati esistente che è stato registrato da volontari sani non pazienti (dati non pubblicati, Università di Warwick). Questo può aiutare a guidare la selezione di emollienti specifici per il paziente in futuro.

Ciò si aggiungerà alla base di conoscenze per definire l'aspetto dei tumori della pelle sotto la scinometria THz. I risultati spettroscopici non influenzeranno la gestione stabilita che sarà stata pianificata in collaborazione con un consulente dermatologo o chirurgo plastico e il paziente.

Braccio di studio 1: il braccio di studio di 50 pazienti con condizioni benigne di pelle secca sarà sottoposto a una scansione con lo skinometro THz e confronterà il contenuto di acqua della pelle prima e dopo l'applicazione di emollienti di proprietà di uso comune (ad es. E45®, Aveeno®, Doublebase®). I partecipanti avranno una scansione THz dell'area della pelle secca e un'area di controllo. Quindi applicheranno il loro emolliente e aspetteranno 10 minuti con altre 2 scansioni dell'area di controllo e dell'area della pelle secca. Infine ci saranno altri 10 minuti di attesa prima di eseguire una scansione finale dell'area di controllo e dell'area della pelle secca. Ci sono 6 scansioni in totale per questo gruppo.

Braccio dello studio 2: il braccio con 100 pazienti con cancro della pelle noto o sospetto verrà sottoposto a una scansione con lo skinometro THz nella clinica prima del loro intervento chirurgico alla pelle pianificato. Saranno scansionati sull'area cancerosa e su un'area di controllo per un totale di 2 scansioni. Successivamente i risultati della scansione THz verranno confrontati con i risultati istologici formali dopo che il tumore primario (melanoma) o residuo (BCC) è stato rimosso.

Le immagini THz in vivo da un caso di studio di pazienti con BCC nel 2004 hanno suggerito che dovrebbe essere possibile rilevare il cancro della pelle nascosto sotto la pelle utilizzando l'imaging THz. Gli studi spettroscopici di Emma MacPherson e dei suoi colleghi a Cambridge nel 2006 hanno dimostrato che le proprietà fondamentali THz dei tumori della pelle appena rimossi (asportati) sono statisticamente significativamente diverse dal tessuto sano e si ritiene che le differenze siano principalmente dovute a cambiamenti nel contenuto di acqua di il tessuto. L'elevata sensibilità della luce THz all'acqua significa anche che il segnale THz è fortemente attenuato e ha una profondità di penetrazione molto limitata nel tessuto - quindi la scansione THz incontrerebbe grandi difficoltà nel rilevare tumori profondi. La profondità di penetrazione dipende dal rapporto segnale/rumore del sistema di imaging THz, pertanto sono stati compiuti sforzi per migliorare l'elaborazione del segnale e/o la strumentazione THz. Da allora, EM ha studiato i meccanismi di contrasto delle immagini THz sottostanti, nonché sviluppato nuovi algoritmi e approcci per migliorare l'accuratezza della caratterizzazione dei campioni e accelerare l'acquisizione dei dati delle immagini THz. Questo lavoro più recente sta spingendo lo stato dell'arte nell'imaging THz in vivo, sia in termini di precisione che di velocità. Ciò, in modo cruciale, significa che i ricercatori sono ora meglio attrezzati per eseguire studi di imaging THz in vivo e gli investigatori sono stati persino in grado di spiegare i pori della pelle bloccati (occlusi) dalla finestra di imaging per la durata della misurazione THz. Questo processo di "occlusione" significa che la pelle non può respirare normalmente e l'acqua si accumula nello strato più esterno della pelle, lo strato corneo (SC). EM ha sfruttato questo fenomeno per aprire la strada all'uso dell'imaging THz per determinare la velocità di diffusione dell'acqua all'interno del SC durante l'occlusione. EM ha anche sviluppato tecniche di strumentazione di imaging in vivo e identificato le variabili ei parametri chiave come la pressione di contatto e la durata dell'occlusione. Gli ultimi risultati di EM mostrano che l'indice di rifrazione della pelle aumenta sia con l'aumentare della pressione che con l'aumentare del tempo di occlusione. Questi risultati saranno utilizzati per sviluppare lo skinometro THz e gli algoritmi di caratterizzazione associati, all'interno di questo studio. I risultati di EM mostrano come l'imaging THz può essere utilizzato per misurare il profilo di idratazione e la diffusività dell'acqua della pelle e questa è la base della teoria che sarà ulteriormente sviluppata nello studio SINATRA per valutare la penetrazione e la durata di emollienti e filtri solari in diversi tipi di pelle . I dati pilota raccolti nello studio SINATRA saranno preziosi per lo sviluppo di uno studio più ampio che porti a un miglioramento trasformativo nella prevenzione e nel trattamento del cancro della pelle e a migliori strategie di idratazione per altre condizioni della pelle.