Selektywna ablacja guza za pomocą femtosekundowego lasera rezonującego z kolagenem

Przemiana światła w ukierunkowane narzędzie przeciwnowotworowe

Rak trzustki jest jednym z najbardziej śmiertelnych nowotworów, częściowo dlatego, że trudno go usunąć bez uszkodzenia delikatnego narządu, który go otacza. W badaniu opisano nowy sposób wykorzystania ultrakrótkich impulsów niewidzialnego światła podczerwonego do precyzyjnego wypalania guzów trzustki, polegający na celowaniu w składnik strukturalny, którego guzy mają w nadmiarze. Praca sugeruje możliwość przyszłych terapii, które mogłyby oszczędzać więcej zdrowej tkanki przy jednoczesnym mocnym uderzeniu w raka.

Dlaczego guzy trzustki są tak trudne do leczenia

Gruczolakorak przewodowy trzustki, najczęstsza postać raka trzustki, rośnie agresywnie i często jest wykrywany późno. Tylko niewielka część pacjentów kwalifikuje się do operacji, a nawet nowoczesna chemioterapia i radioterapia przynoszą ograniczone korzyści. Metody oparte na cieple, które niszczą tkankę, takie jak fale radiowe, mikrofalowe czy standardowa ablacja laserowa, mogą zmniejszać guzy, ale mają tendencję do wypalania wszystkiego na swojej drodze. Ponieważ trzustka leży blisko ważnych naczyń krwionośnych i delikatnych struktur układu pokarmowego, powiększanie pola działania zwiększa ryzyko poważnych powikłań. Lekarze potrzebują zatem metody, która potrafi rozróżnić guz od zdrowej trzustki w trakcie niszczenia, zamiast po prostu ogrzewać szeroki obszar.

Odnalezienie ukrytej słabości tkanki nowotworowej

Autorzy skupili się na kluczowej różnicy fizycznej między guzami trzustki a zdrową trzustką: guzy są wypełnione sztywnym, włóknistym materiałem bogatym w kolagen, podczas gdy zdrowa tkanka jest bardziej miękka i luźniejsza. Przy użyciu standardowych barwień tkankowych i mikroskopii elektronowej na próbkach z zabiegów wykazali, że w tkance nowotworowej występują gęste pęczki włókien kolagenowych, podczas gdy w sąsiedniej zdrowej trzustce jest ich znacznie mniej. Następnie zastosowali spektroskopię podczerwieni, aby zmierzyć, jak silnie te tkanki absorbują różne barwy światła w zakresie podczerwieni środkowej. Obie tkanki absorbują przy podobnych długościach fali, ale w guzie pojawia się znacznie silniejszy pik w pobliżu długości fali 6,1 mikrometra, odpowiadający drganiom kolagenu. To zasugerowało, że laser dostrojony dokładnie do tej długości fali mógłby skuteczniej podgrzewać i rozkładać tkankę nowotworową niż normalna trzustka.

Budowa lasera, który „słyszy” kolagen

Aby przetestować tę hipotezę, zespół zbudował potężny laser w zakresie podczerwieni środkowej emitujący ultrakrótkie impulsy — trwające zaledwie kilkaset kwadrylionowych części sekundy — o centrum energetycznym przy 6,1 mikrometra. Te femtosekundowe impulsy ograniczają niepożądane rozprzestrzenianie się ciepła, podobnie jak seria małych, kontrolowanych wyładowań. System przetwarza światło z wysokoprądowego lasera przemysłowego na pożądaną długość fali przy użyciu specjalnych kryształów i może dostarczyć ponad jeden wat mocy średniej; to wystarcza do praktycznej ablacji tkanki. Naukowcy opracowali także szklane włókno puste w środku, które może prowadzić to światło po elastycznej ścieżce — ważny krok w kierunku wprowadzenia lasera przez cienką igłę do ciała w procedurach małoinwazyjnych.

Testowanie selektywności na komórkach, myszach i tkance ludzkiej

W hodowlach komórkowych dwóch linii raka trzustki laser o długości fali 6,1 mikrometra okazał się znacznie bardziej zabójczy niż lasery o długościach 1 lub 3 mikrometrów, ostro obniżając przeżywalność komórek w ciągu sekund do minut ekspozycji. U myszy z guzami trzustki podskórnie porównano trzy długości fal. Pomimo że wiązka 1-mikrometrowa niosła znacznie większą moc, usuwała tylko płytkie warstwy guza. Laser dostrojony do kolagenu o długości 6,1 mikrometra osiągnął głębokości ablacji pięć do dziesięciu razy większe i tak spowolnił wzrost guza, że leczone guzy były w efekcie tylko około jednej ósmej wielkości guzów u zwierząt nieleczonych. Co najważniejsze, gdy zespół zastosował laser 6,1 mikrometra do ludzkich próbek guza i przyległej zdrowej trzustki, nacięcia w guzie były dwukrotnie do trzykrotnie głębsze niż w tkance zdrowej przy tych samych warunkach, ujawniając prawdziwą selektywność. Dla kontrastu, gdy testowali inny typ guza wątroby, który nie gromadzi dodatkowego kolagenu, przewaga ta w dużej mierze zanikała, co wzmacnia rolę kolagenu. Wreszcie pokazali, że puste włókno może dostarczyć ten sam selektywny efekt, wspierając przyszłe zabiegi igłowe.

Co to może znaczyć dla przyszłej opieki onkologicznej

Badanie wykazuje, że starannie dostrojone serie impulsów światła w podczerwieni środkowej mogą wykorzystać różnicę materiałową między guzami a zdrową tkanką, by osiągnąć bardziej selektywne niszczenie. Celując w obszary bogate w kolagen, femtosekundowy laser o długości 6,1 mikrometra penetruje głębiej raka trzustki, jednocześnie oszczędzając więcej otaczającego narządu. Choć prace pozostają na etapie eksperymentalnym i potrzebne są dalsze testy w realistycznych modelach oraz warunkach klinicznych, wskazują na nową klasę procedur prowadzonych obrazowaniem i dostarczanych przez włókna, które mogłyby leczyć nie tylko guzy trzustki, lecz także inne nowotwory bogate w kolagen z większą precyzją i mniejszą liczbą skutków ubocznych.

Cytowanie: Dunxiang Zhang, Xing Huang, Xuemei Yang, Ning Xia, Kan Tian, Jinmiao Guo, Maoxing Xiang, Linzhen He, Zhizhuo Fu, Ang Deng, Han Wu, Yuxi Wang, Wonkeun Chang, Bole Tian, Junjie Xiong, Qi Jie Wang, Anderson S. L. Gomes, and Houkun Liang, "Selective tumor ablation via femtosecond laser resonant with collagen," Optica 12, 1578-1586 (2025). https://doi.org/10.1364/OPTICA.561337

Słowa kluczowe: rak trzustki, ablacja laserowa, kolagen, podczerwień środkowa, chirurgia małoinwazyjna