Terahertz Imaging and Characterization Protocol for Freshly Excised Breast Cancer Tumors

L’imaging e la spettroscopia Terahertz (THz) sono state un’area di ricerca in rapida crescita nell’ultimo decennio. Il continuo sviluppo di emettitori THz più efficienti e coerenti nell’intervallo di 0,1-4 THz ha fatto crescere significativamente le loro applicazioni¹. Un’area in cui THz ha mostrato promesse e una crescita significativa è il campo biomedico². La radiazione THz ha dimostrato di non essere non ionizing e biologicamente sicura ai livelli di potenza generalmente utilizzati per analizzare i tessuti fissi³. Di conseguenza, l’imaging e la spettroscopia THz sono stati utilizzati per classificare e differenziare varie caratteristiche dei tessuti come il contenuto di acqua per indicare danni da ustione e guarigione⁴, cirrosi epatica⁵e cancro nei tessuti ascisi^6,7. La valutazione del cancro copre in particolare una vasta gamma di potenziali applicazioni cliniche e chirurgiche, ed è stata studiata per i tumori del cervello⁸, fegato⁹, ovaie¹⁰, tratto gastrointestinale¹¹, e seno^{7,12,13,14,15,16,17,18,19}.

Le applicazioni THz per il cancro al seno si concentrano principalmente sul supporto della chirurgia conservativa del seno, o lumpectomia, tramite la valutazione del margine. L’obiettivo di una lumpectomia è quello di rimuovere il tumore e un piccolo strato di tessuto sano circostante, in contrasto con la mastectomia completa, che rimuove l’intero seno. Il margine chirurgico del tessuto asciso viene quindi valutato tramite patologia una volta che il campione è stato fissato in formalina, sezionato, incorporato in paraffina, e montato in 4 fette di m-5 su vetrini al microscopio. Questo processo può richiedere molto tempo e richiede una procedura chirurgica secondaria in un secondo momento se si osserva un margine positivo²⁰. Le attuali linee guida dell’American Society of Radiation Oncology definiscono questo margine positivo come avere cellule tumorali che contattano l’inchiostro margine a livello superficiale²¹. L’imaging THz per tessuto idratato ad alto assorbimento è principalmente limitato all’imaging superficiale con una penetrazione variabile in base al tipo di tessuto, che è sufficiente per soddisfare le esigenze chirurgiche di valutazione rapida del margine. Una rapida analisi delle condizioni di margine durante l’impostazione chirurgica ridurrebbe notevolmente i costi chirurgici e il tasso di procedura di follow-up. Ad oggi, THz si è dimostrato efficace nel differenziare tra il cancro e il tessuto sano nei tessuti fissati in formalina, incorporati in paraffina (FFPE), ma sono necessarie ulteriori indagini per fornire un rilevamento affidabile del cancro nei tessuti appena assordati⁷.

Questo protocollo descrive in dettaglio i passaggi per l’esecuzione di imaging THz e spettroscopia su campioni di tessuto umano appena eccitati ottenuti da una biobanca. Le applicazioni THz basate su tessuti di cancro al seno umano appena eccitati sono stati raramente utilizzati nella ricerca pubblicata^7,18,22,23, soprattutto da gruppi di ricerca non integrati con un ospedale. L’uso di tessuti appena eccitati è altrettanto raro per altre applicazioni tumorali, con la maggior parte degli esempi di cancro umano non-seno essere segnalati per il cancro colonico^24,25. Uno dei motivi è che i blocchi di tessuto FFPE sono molto più facili da raggiungere e gestire rispetto al tessuto appena assornato a meno che il sistema THz utilizzato per lo studio non faccia parte del flusso di lavoro chirurgico. Allo stesso modo, la maggior parte dei sistemi THz di laboratorio commerciale non sono preparati per gestire i tessuti freschi, e quelli che lo fanno sono ancora nelle fasi di utilizzo della crescita della linea cellulare o hanno solo iniziato a guardare il tessuto ascisato da modelli animali. Per applicare tHz a un’impostazione intraoperatoria è necessario sviluppare in anticipo le fasi di imaging e caratterizzazione per i tessuti freschi in modo che l’analisi non interferisca con la capacità di eseguire patologie standard. Per le applicazioni che non sono intrinsecamente destinate ad essere intraoperatorie, la caratterizzazione del tessuto fresco è ancora un passo impegnativo che deve essere affrontato per lavorare verso applicazioni in vivo e differenziazione.

L’obiettivo di questo lavoro è quello di fornire una linea guida per l’applicazione THz per i tessuti appena asbici utilizzando un sistema THz commerciale. Il protocollo è stato sviluppato su un sistema di imaging e spettroscopia THz²⁶ per tumori del cancro al seno murini^13,17,19 ed è stato esteso al tessuto chirurgico umano ottenuto dalle biobanche^7,18. Mentre il protocollo è stato generato per il cancro al seno, gli stessi concetti possono essere applicati a sistemi di imaging THz simili e ad altri tipi di tumori del tumore solido che vengono trattati con chirurgia dove il successo dipende dalla valutazione del margine²⁷. A causa di una quantità piuttosto piccola di risultati THz pubblicati sui tessuti appena eccitati, questo è il primo lavoro alle conoscenze degli autori per concentrarsi sul protocollo di movimentazione dei tessuti freschi per l’imaging e la caratterizzazione THz.