Protocolo de imágenes y caracterización de Terahertz para tumores de cáncer de mama recién extirpados

La imagen y la espectroscopia de Terahertz (THz) ha sido un área de investigación en rápido crecimiento en la última década. El continuo desarrollo de emisores de THz más eficientes y consistentes en el rango de 0,1-4 THz ha hecho que sus aplicaciones crezcan significativamente¹. Un área donde THz ha demostrado ser prometedor y un crecimiento significativo es el campo biomédico². Se ha demostrado que la radiación THz es no ionizante y biológicamente segura a los niveles de potencia generalmente utilizados para analizar los tejidos fijos³. Como resultado, la imagen tHz y la espectroscopia se ha utilizado para clasificar y diferenciar diversas características del tejido, como el contenido de agua para indicar daño a quemaduras y curación⁴, cirrosis hepática^5,y cáncer en los tejidos extirpado6^6,7. La evaluación del cáncer en particular abarca una amplia gama de posibles aplicaciones clínicas y quirúrgicas, y se ha investigado para los cánceres del cerebro⁸, hígado⁹, ovarios¹⁰, tracto gastrointestinal¹¹, y mama^7,12,13,^{14,,15,16,17,18,19}.

Las aplicaciones de THz para el cáncer de mama se centran principalmente en apoyar la cirugía de conservación de mamas, o lumpectomía, a través de la evaluación del margen. El objetivo de una tumorectomía es extirpar el tumor y una pequeña capa de tejido sano circundante, en contraste con la mastectomía completa, que extirpa toda la mama. El margen quirúrgico del tejido extirpado se evalúa a través de la patología una vez que la muestra se ha fijado en formalina, seccionada, incrustada en parafina y montada en rodajas de 4 m a 5 m en portaobjetos de microscopio. Este proceso puede llevar mucho tiempo y requiere un procedimiento quirúrgico secundario en un momento posterior si se observa un margen positivo²⁰. Las directrices actuales de la Sociedad Americana de Oncología Radioterápica definen este margen positivo como que las células cancerosas se encontacto con la tinta de margen a nivel superficial²¹. Las imágenes de THz para tejido hidratado de alta absorción se limitan principalmente a imágenes superficiales con alguna penetración variable en función del tipo de tejido, que es suficiente para satisfacer las necesidades quirúrgicas de evaluación rápida del margen. Un análisis rápido de las condiciones del margen durante el ajuste quirúrgico reduciría en gran medida los costos quirúrgicos y la tasa de procedimiento de seguimiento. Hasta la fecha, THz ha demostrado ser eficaz para diferenciar entre el cáncer y el tejido sano en los tejidos fijos en formalina, incrustados en parafina (FFPE), pero se necesita una investigación adicional para proporcionar una detección fiable del cáncer en los tejidos recién extirpados⁷.

Este protocolo detalla los pasos para realizar imágenes y espectroscopia de THz en muestras de tejido humano recién extirpadas obtenidas de un biobanco. Las aplicaciones de THz basadas en tejidos de cáncer de mama humano recién extirpado rara vez se han utilizado en la investigación publicada^7,18,22,23, especialmente por grupos de investigación no integrados con un hospital. El uso de tejidos recién extirpado es igualmente raro para otras aplicaciones de cáncer, con la mayoría de los ejemplos de cáncer humano no mamario que se reportan para el cáncer de colon^24,25. Una razón para esto es que los bloques de tejido FFPE son mucho más fáciles de acceder y manejar que el tejido recién extirpado a menos que el sistema de THz que se utiliza para el estudio es parte del flujo de trabajo quirúrgico. Del mismo modo, la mayoría de los sistemas de THz de laboratorio comercial no están preparados para manejar tejido fresco, y los que lo hacen todavía están en las etapas de uso del crecimiento de la línea celular o sólo han comenzado a mirar el tejido extirpado de los modelos animales. Para aplicar THz a un entorno intraoperatorio se requiere que se desarrollen pasos de imagen y caracterización para el tejido fresco de antemano para que el análisis no interfiera con la capacidad de realizar patologías estándar. Para las aplicaciones que no están intrínsecamente destinadas a ser intraoperatorias, la caracterización de tejido fresco sigue siendo un paso difícil que debe abordarse para trabajar hacia aplicaciones in vivo y diferenciación.

El objetivo de este trabajo es proporcionar una directriz para la aplicación de THz para el tejido recién extirpado utilizando un sistema comercial de THz. El protocolo fue desarrollado en un sistema de imágenes y espectroscopia THz²⁶ para tumores de cáncer de mama murino^13,17,19 y se extendió al tejido quirúrgico humano obtenido de biobancos^7,18. Mientras que el protocolo se generó para el cáncer de mama, los mismos conceptos se pueden aplicar a sistemas de imágenes de THz similares y otros tipos de cánceres de tumor sólido que se tratan con cirugía donde el éxito depende de la evaluación de márgenes²⁷. Debido a una cantidad bastante pequeña de resultados de THz publicados en tejidos recién extirpado, este es el primer trabajo a los conocimientos de los autores para centrarse en el protocolo de manejo de tejido fresco para la toma de imágenes y caracterización de THz.