Клиническая валидация рамановского спектроскопа для определения содержания жира в печени

В настоящее время сообщается о трех основных методах оценки стеатоза печени перед забором печени умершего донора: неинвазивные методы визуализации, оценка образца биопсии печени опытным патологом и оценка хирургом-трансплантологом.

Методы визуализации, которые используются в настоящее время, включают ультразвуковое исследование (УЗИ), компьютерную томографию (КТ) и магнитно-резонансную томографию (МРТ). Несмотря на приемлемый уровень чувствительности, USG не дает воспроизводимой количественной информации. Его можно использовать в большинстве центров, но он зависит от оператора. Точно так же диагностическая эффективность неусиленной КТ для точной количественной оценки стеатоза ненадежна. МРТ обладает высокой чувствительностью и специфичностью при диагностике стеатоза печени, и сообщалось, что количественное определение жира с использованием МРТ 3,0 Тл может обеспечить достаточную чувствительность для обнаружения и количественной оценки стеатоза у живых кандидатов-доноров печени. Однако эта сложная технология ограничивает ее использование при рутинном извлечении органов.

Микроскопическая оценка образца биопсии печени опытным патологом является золотым стандартом для оценки стеатоза. Наличие и тип стеатоза можно определить с помощью микроскопии. Степень стеатоза можно определить в соответствии с международными стандартами.

Несмотря на то, что это золотой стандарт, биопсии регистрируются только для 23% трансплантированных печени в Соединенных Штатах. Поскольку патологоанатом не всегда доступен во время забора, многие центры в основном полагаются на оценку стеатоза и качества органов хирургом-заборщиком (т. хирург-трансплантолог). Во время этой оценки донорская печень оценивается по критериям текстуры паренхимы, таким как степень желтушности (нормальная, легкая, умеренная, тяжелая) и степень плотности (мягкая, нормальная, легкая, умеренная, тяжелая). Однако исследования, в которых изучалось, насколько точно хирург-трансплантолог может предсказать стеатоз печени, пришли к выводу, что эти оценки могут вводить в заблуждение даже в опытных руках.

Поскольку все эти три метода имеют свои ограничения, существует потребность в удобном и простом методе для лучшей оценки содержания жира в печени перед трансплантацией. Рамановская спектроскопия — это метод неупругого рассеяния света, чувствительный к молекулярным колебаниям, симметрия и частоты которых уникальны для типа атомов и их пространственного расположения. Чувствительность к этим свойствам лежит в основе его способности давать спектральные отпечатки молекул в освещенной области. Он использовался для обнаружения аминокислот, нуклеотидных оснований, жирных кислот, сахаридов, первичных метаболитов и других компонентов, которые образуют белок, углеводы, жиры и ДНК/РНК биологических тканей. Это привлекательная технология для биоанализа, потому что не требуется пробоподготовки.

Спектроскопия комбинационного рассеяния в настоящее время изучается для использования в клинических условиях и проводится в основном в диагностических целях. В настоящее время он одобрен для использования в Канаде для диагностики рака кожи.

Существует множество различных систем рамановской спектроскопии. Недавно мы разработали высокопроизводительную систему рамановской спектроскопии, которая меньше других, портативна и надежна. Он позволяет выполнять сканирование тканей на месте, при этом от оператора требуется очень мало опыта. Эта система использует длину волны возбуждения в ближней инфракрасной области спектра (NIR) для улучшения глубины проникновения лазера при одновременном снижении вероятности повреждения тканей. Он предоставляет информацию в виде спектров комбинационного рассеяния, анализ которых дает оценку основного компонента (PC).

Эта специально разработанная система может точно определять стеатоз в печени мышей и крыс. Показатели ПК показали значительную корреляцию с результатами гистопатологического исследования. Поскольку стеатоз в ткани печени человека проявляет изменения, аналогичные левой доле печени мышей и крыс, мы пришли к выводу, что этот метод может быть применен в области трансплантации. Клиническая валидация и последующее внедрение этой методики может предоставить специалистам по трансплантации ценный инструмент для получения в режиме реального времени информации о тяжести стеатоза печени для оценки вероятности успешного исхода и снижения частоты непреднамеренного отторжения органов.

ЦЕЛЬ Целью данного исследования является валидация рамановской спектроскопии (с помощью нашей специально разработанной высокопроизводительной волоконно-оптической рамановской системы) в клинических условиях для оценки содержания жира в печени. Рамановские спектры in vivo (показатели ПК) будут сравниваться с результатами предоперационного метода визуализации (МРТ-количественное определение жира) и текущим золотым стандартом, биопсией печени (т. гистопатологическая оценка образца печени).

КОНКРЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ВОПРОСЫ

1. Может ли рамановская спектроскопия с использованием портативной волоконно-оптической системы быстро оценить содержание жира в печени in situ в клинических условиях? 2. Хорошо ли коррелируют спектры комбинационного рассеяния (показатели основных компонентов) с результатами МРТ-количественного определения жира и гистопатологической оценкой образца биопсии печени? ДИЗАЙН ИССЛЕДОВАНИЯ: Это исследование задумано как одноцентровое проспективное проверочное исследование.

МЕТОДЫ Частичная резекция печени представляет собой хирургическое удаление части печени. Большинство частичных резекций печени выполняются для лечения новообразований печени. Пациенты, которым будет проведена открытая операция по частичной резекции печени в нашем учреждении, будут рассмотрены группой по уходу и предложены для получения согласия, если они будут сочтены подходящими для этого исследования.

Форма информированного согласия, утвержденная Управлением здравоохранения Новой Шотландии и утвержденная Советом по этике научных исследований, будет использоваться при обсуждении согласия (проводится клиническим научным сотрудником или научным сотрудником, оба из которых являются исследователями, участвующими в этом проекте), и пациентам будет предоставлено время для ознакомления с формой информированного согласия. документ в полном объеме до того, как его попросят принять решение об участии. Пациенты, давшие согласие на исследование, будут включены в группу исследования. Процесс назначения будет продолжаться до тех пор, пока не будут включены 25 пациентов.

Участники исследования пройдут предоперационную МРТ для количественного определения жира. Им будет предложено голодать в течение как минимум 8 часов до МРТ. Метод количественного определения жира (метод определения фракции жира с протонной плотностью) будет выполняться с использованием последовательности импульсов IDEAL, которая была одобрена Министерством здравоохранения Канады для оценки фракции жира в печени, на аппарате 3,0-T MR (GE 750; GE Healthcare). Принимающий участие в стажировке абдоминальный рентгенолог, имеющий опыт интерпретации МРТ-изображений, измерит долю печеночного жира (FF) на картах FF, которые будут созданы автоматически. Автоматически рассчитанный печеночный FF будет отображаться в процентах по полной шкале от 0 до 100.

Во время процедуры резекции печени область образца, которая должна быть удалена, но не фактическое поражение, будет освещаться оптоволоконным датчиком рамановского спектроскопа. Предоставленные и записанные в режиме реального времени (в течение нескольких секунд) спектры комбинационного рассеяния будут впоследствии проанализированы (анализ главных компонент). Этот анализ предоставит оценку ПК.

После применения спектроскопии комбинационного рассеяния операционная процедура будет продолжена в соответствии с планом. Гистохимическое окрашивание, H&E (гематоксилин-эозин) и трихром, обычно используются для интерпретации образцов печени в нашей патологоанатомической лаборатории. В качестве специального красителя необходимо использовать Oil Red O, чтобы продемонстрировать наличие и степень содержания жира (т. количественное определение жира) в ткани печени. Поскольку это может быть выполнено только на замороженных срезах, замороженный срез будет получен из удаленного среза образца печени, чтобы можно было выполнить окрашивание Oil Red O, специфичное для диагностики и количественного определения капель жира. Лечащий патологоанатом, который не знает результатов МРТ, оценит эти разделы и определит степень стеатоза в соответствии с международными стандартами:

M0: нет макровезикулярного стеатоза M1: легкий очаговый макровезикулярный стеатоз (поражение <30% гепатоцитов) M2: умеренный зональный макровезикулярный стеатоз (поражение >30 и <60% гепатоцитов) M3: тяжелый панлобулярный макровезикулярный стеатоз (поражение >60% гепатоцитов) Для каждого участника исследования будет проведен корреляционный анализ между процентным содержанием печеночного FF, баллами PC и степенью стеатоза. Участники исследования будут наблюдаться после операции в соответствии с нашим стандартным протоколом наблюдения после резекции печени без каких-либо отклонений от стандарта лечения.

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Для статистического анализа количественные данные будут выражены в виде средних значений и стандартных отклонений, а качественные данные будут выражены в виде чисел. Будет проведена линейная регрессия между степенью макровезикулярного стеатоза и процентами печеночного FF и баллами PC. Кривые рабочих характеристик приемника (ROC) будут созданы для показателей PC и процента печеночного FF, чтобы определить их способность прогнозировать степень макровезикулярного стеатоза. Весь статистический анализ будет выполняться с помощью имеющегося в продаже статистического программного обеспечения (XLSTAT 2014).

Личная информация о здоровье не будет использоваться для проведения этого проекта. Кодовые номера будут присвоены каждому участнику. База данных, которая будет доступна только исследователям, будет храниться на защищенном компьютере (требующем ввода пароля) в отделении трансплантологии (Центр медицинских наук королевы Елизаветы II, общая территория Виктории, 4-й этаж, здание Диксона, комната 4074). Эта база данных будет включать в себя кодовые номера участников и элементы данных, такие как процент печеночного FF, балл PC и степень стеатоза.