Klinische validatie van een Raman-spectroscoop om het levervetgehalte te bepalen

Momenteel zijn er drie belangrijke methoden gerapporteerd om leversteatose te beoordelen voordat de lever van een overleden donor wordt verwijderd: niet-invasieve beeldvormende technieken, evaluatie van een leverbiopsiemonster door een ervaren patholoog en beoordeling door een transplantatiechirurg.

Beeldvormingstechnieken die momenteel in gebruik zijn, zijn onder meer echografie (USG), computertomografie (CT) en magnetische resonantiebeeldvorming (MRI). Hoewel het een acceptabel gevoeligheidsniveau heeft, geeft USG geen reproduceerbare kwantitatieve informatie. Het kan in de meeste centra worden gebruikt, maar is afhankelijk van de operator. Evenzo zijn de diagnostische prestaties van niet-verbeterde CT-scan voor de nauwkeurige kwantificering van steatose onbetrouwbaar. MRI is zeer gevoelig en specifiek bij het diagnosticeren van leversteatose en er is gemeld dat vetkwantificering met behulp van een 3.0-T MRI voldoende gevoeligheid kan bieden om steatose bij levende leverdonorkandidaten te detecteren en te kwantificeren. Deze complexe technologie beperkt echter het gebruik ervan bij routinematige orgaanverkrijging.

De microscopische evaluatie van een leverbiopsiemonster door een deskundige patholoog is de gouden standaard voor de beoordeling van steatose. De aanwezigheid en het type van steatose kan worden bepaald door microscopische evaluatie. De graad van steatose kan worden bepaald volgens de internationale normen.

Ondanks dat het de gouden standaard is, worden biopsieën geregistreerd voor slechts 23% van de getransplanteerde levers in de Verenigde Staten. Aangezien een patholoog niet altijd beschikbaar is op het moment van verkrijging, vertrouwen veel centra voornamelijk op de beoordeling van steatose en orgaankwaliteit door de verkrijgingschirurg (d.w.z. transplantatiechirurg). Tijdens deze beoordeling wordt de donorlever beoordeeld op basis van parenchymale textuurcriteria zoals mate van geelheid (normaal, mild, matig, ernstig) en mate van stevigheid (zacht, normaal; mild, matig, ernstig). Studies die onderzochten hoe nauwkeurig een transplantatiechirurg leversteatose kon voorspellen, concludeerden echter dat deze beoordelingen zelfs in ervaren handen aanzienlijk misleidend kunnen zijn.

Aangezien al deze drie methoden hun beperkingen hebben, is er behoefte aan een handige en eenvoudige techniek om het vetgehalte in de lever voorafgaand aan transplantatie beter te kunnen beoordelen. Raman-spectroscopie is een inelastische lichtverstrooiingstechniek die gevoelig is voor moleculaire trillingen, waarvan de symmetrie en frequenties uniek zijn voor het type atomen en hun ruimtelijke ordening. Gevoeligheid voor deze eigenschappen is de basis van zijn vermogen om een ​​spectrale vingerafdruk van moleculen in het verlichte gebied te geven. Het is gebruikt om aminozuren, nucleotidebasen, vetzuren, sacchariden, primaire metabolieten en andere bestanddelen te detecteren die de eiwitten, koolhydraten, vetten en DNA/RNA van biologische weefsels vormen. Het is een aantrekkelijke technologie voor bioanalyse omdat er geen monstervoorbereiding nodig is.

Raman-spectroscopie wordt momenteel onderzocht voor gebruik in klinische omgevingen en wordt voornamelijk uitgevoerd voor diagnostische doeleinden. Het is momenteel goedgekeurd voor gebruik in Canada voor de diagnose van huidkanker.

Er zijn verschillende Raman-spectroscopiesystemen. We hebben onlangs een Raman-spectroscopiesysteem met hoge doorvoer ontworpen dat kleiner is dan de andere, draagbaar en robuust. Het maakt in situ scans van weefsel mogelijk met zeer weinig ervaring van de operator. Dit systeem maakt gebruik van 'Near Infrared (NIR) excitatiegolflengte om de penetratiediepte van de laser te verbeteren en tegelijkertijd de kans op weefselbeschadiging te verminderen. Het geeft informatie in de vorm van Raman-spectra, waarvan de analyse een Principal Component (PC)-score oplevert.

Dit speciaal ontworpen systeem kon steatose in muizen- en rattenlevers nauwkeurig kwantificeren. De PC-scores vertoonden een significante correlatie met histopathologische onderzoeksresultaten. Aangezien steatose in menselijk leverweefsel veranderingen vertoont die vergelijkbaar zijn met de linker leverkwab van muizen en ratten, concludeerden we dat deze techniek zou kunnen worden toegepast op het gebied van transplantatie. Klinische validatie en daaropvolgende toepassing van deze techniek kan transplantatiespecialisten een waardevol hulpmiddel bieden om real-time informatie te verkrijgen over de ernst van hepatische steatose om de waarschijnlijkheid van een succesvol resultaat te beoordelen en het aantal onbedoelde orgaanverwijderingen te verminderen.

DOELSTELLING Het doel van deze studie is om Raman-spectroscopie te valideren (door middel van ons speciaal ontworpen Raman-systeem met hoge doorvoer via glasvezel) in een klinische setting bij de beoordeling van het vetgehalte in de lever. De in vivo Raman-spectra (PC-scores) zullen worden vergeleken met de bevindingen van een pre-operatieve beeldvormingsmethode (MRI-vetkwantificering) en de huidige gouden standaard, leverbiopsie (d.w.z. histopathologische beoordeling van het levermonster).

SPECIFIEKE ONDERZOEKSVRAGEN

1. Kan Raman-spectroscopie met behulp van een draagbaar glasvezelsysteem snel het vetgehalte van de lever in situ in een klinische setting beoordelen? 2. Correleren Raman-spectra (hoofdcomponentscores) goed met de bevindingen van MRI-vetkwantificering en histopathologische beoordeling van het leverbiopsiespecimen? ONDERZOEKSOPZET: Deze studie is opgevat als een single-center, prospectieve validatiestudie.

METHODEN Gedeeltelijke leverresectie is het operatief verwijderen van een deel van de lever. De meeste partiële leverresecties worden uitgevoerd voor de behandeling van leverneoplasmata. Patiënten die in onze instelling een open partiële leverresectie zullen ondergaan, zullen worden beoordeeld met het cirkel van zorgteam en om toestemming worden gevraagd als ze geschikt worden geacht voor dit onderzoek.

Een door de Nova Scotia Health Authority Research Ethics Board goedgekeurd formulier voor geïnformeerde toestemming zal worden gebruikt in de toestemmingsdiscussie (geleid door de klinische fellow of de onderzoeksmedewerker - beiden zijn onderzoekers die deelnemen aan dit project) en patiënten krijgen de tijd om de document volledig in voordat om een ​​beslissing over deelname wordt gevraagd. Patiënten die toestemming geven voor het onderzoek worden ingedeeld in de onderzoeksgroep. Het toewijzingsproces gaat door totdat er 25 patiënten zijn geïncludeerd.

Studiedeelnemers ondergaan een pre-operatieve MRI voor vetkwantificering. Ze zullen worden gevraagd om ten minste 8 uur voorafgaand aan de MRI te vasten. De vetkwantificeringstechniek (protonendichtheid-vetfractietechniek) zal worden uitgevoerd met behulp van de IDEAL-pulssequentie, die door Health Canada is goedgekeurd voor de beoordeling van de vetfractie in de lever, op een 3.0-T MR-eenheid (GE 750; GE Healthcare). Een aanwezige fellowship-getrainde buikradioloog die ervaring heeft met de interpretatie van MR-beelden, zal de levervetfractie (FF) meten op FF-kaarten, die automatisch worden gegenereerd. De automatisch berekende hepatische FF wordt weergegeven als een percentage op een volledige schaal van 0-100.

Tijdens de leverresectieprocedure wordt een deel van het monster dat moet worden verwijderd, maar niet de eigenlijke laesie, belicht door de Raman spectroscoop glasvezelsonde. De real-time (binnen enkele seconden) aangeleverde Raman-spectra worden vervolgens geanalyseerd (principal component analysis). Deze analyse levert een pc-score op.

Na toepassing van Raman-spectroscopie zal de operatieve procedure doorgaan zoals gepland. Histochemische kleuringen, H&E (hematoxyline-eosine) en trichroom, worden routinematig gebruikt voor de interpretatie van levermonsters in ons laboratorium voor anatomische pathologie. Als speciale beits moet Oil Red O worden gebruikt om de aanwezigheid en omvang van het vet (d.w.z. vetkwantificatie) in leverweefsel. Aangezien het alleen kan worden uitgevoerd op ingevroren secties, zal een ingevroren sectie worden verkregen uit de verwijderde levermonstersectie om Oil Red O-kleuring mogelijk te maken - specifiek voor het diagnosticeren en kwantificeren van vetdruppels. Een behandelend patholoog die blind is voor de MRI-bevindingen, zal deze secties evalueren en de graad van steatose bepalen volgens de internationale normen:

M0: geen macrovesiculaire steatose M1: milde focale macrovesiculaire steatose (<30% hepatocyten zijn betrokken) M2: matige, zonale macrovesiculaire steatose (>30 en <60% hepatocyten betrokken) M3: ernstige, panlobulaire macrovesiculaire steatose (>60% hepatocyten betrokken) Er zal een correlatieanalyse worden uitgevoerd tussen FF-percentages in de lever, PC-scores en steatosis-cijfers voor elke deelnemer aan het onderzoek. Studiedeelnemers zullen na de operatie worden gevolgd volgens ons standaard follow-upprotocol na leverresectie, zonder enige afwijking van de zorgstandaard.

STATISTISCHE ANALYSE Voor statistische analyse worden kwantitatieve gegevens uitgedrukt als gemiddelden en standaardafwijkingen en kwalitatieve gegevens worden uitgedrukt als getallen. Lineaire regressie zal worden uitgevoerd tussen macrovesiculaire steatosegraad en hepatische FF-percentages en PC-scores. Er zullen curves voor de werkingskenmerken van de ontvanger (ROC) worden gegenereerd voor de PC-scores en lever-FF-percentages om hun vermogen om de graad van macrovesiculaire steatose te voorspellen te identificeren. Alle statistische analyses worden uitgevoerd met in de handel verkrijgbare statistische software (XLSTAT 2014).

Persoonlijke gezondheidsinformatie zal niet worden gebruikt voor de uitvoering van dit project. Aan elke deelnemer worden codenummers toegewezen. Een database die alleen toegankelijk is voor de onderzoekers, wordt opgeslagen op een beveiligde computer (waarvoor een wachtwoord vereist is) in het transplantatiekantoor (Queen Elizabeth II Health Sciences Centre, Victoria General Site, 4e verdieping, Dickson Building, kamer 4074). Deze database bevat de codenummers van de deelnemers en de gegevenselementen zoals lever-FF-percentage, PC-score en steatosegraad.