Projekt: Prostatacancer

• Prostatacancer är den mest förekommande cancerformen bland män i Europa och USA och endast lungcancer och kolorektal cancer orsakar fler dödsfall bland europeiska män. Sedan 1995 har antalet dödsfall till följd av prostatacancer ökat med 16% i Europa, och i vår åldrande befolkning förväntas förekomsten att öka ytterligare. Än idag är den vanligaste metoden för att påvisa cancer i vävnad histopatologi, vilket innebär att sjukliga vävnadsförändringar fastställs in vitro (utanför den levande organismen) med mikroskop. I figur 1 visas histopatologiska snitt av cancerös och frisk prostatavävnad. Histopatologi är en tidskrävande metod som fordrar kunnig personal som förmår utföra biopsin (vävnadsprovet) och tolka resultaten korrekt. Dessutom kan den vara problematisk att använda vid vissa situationer, speciellt för prostatacancer. Områden av prostatan med cancer går oftast inte att lokalisera med vare sig palpering eller någon kommersiellt tillgänglig avbildningsmetod, som t.ex. ultraljud. Palpering av prostatan innebär att läkaren via patientens ändtarm undersöker prostatavävnadens hårdhet med sina fingrar. Läkaren letar efter förhårdnader; tumörer är vanligtvis hårdare än den friska vävnaden. Eftersom det sällan kan fastställas var en eventuell tumör sitter är det dessvärre nödvändigt att ta biopsier från flera ställen av prostatan. Detta ökar risken för att komplikationer, såsom infektioner, tillstöter vid ingreppet. Dessutom är det ganska vanligt att en föreliggande cancer förbises; det har uppskattats att detta inträffar vid 3 av 10 biopsi-undersökningar. Ytterligare en nackdel med histopatologiska analyser är att de inte kan genomföras in vivo (i den levande organismen), då vävnaden måste avlägsnas för att kunna kontrolleras.För att adressera dessa problem håller vi nu på att utveckla ett nytt instrument för att detektera och diagnostisera cancer i olika vävnader in vivo. Det är tänkt att bli ett handhållet, lätthanterligt instrument som med mycket hög tillförlitlighet ska kunna upptäcka cancer och andra typer av vävnadsförändringar i patienten. Instrumentet kommer att kombinera två detektionstekniker, detta för att den diagnostiska träffsäkerheten skall öka och för att även kunna ge kompletterande information om vilken typ av cellförändring det rör sig om. Vår idé är att använda oss av en resonanssensor, med vars hjälp vi kan avgöra hur hård en vävnad är på olika ställen, i kombination med en Ramanspektrometer, vilken förser oss med information om den molekylära cellförändringen. Kombinationen av de två metoderna i ett instrument utgör ett lovande alternativ till metoden med multipla biopsier som används idag.Ramanspektroskopi är en ljusbaserad metod där man bestrålar provet med laserljus. Ljuset interagerar med provet vilket leder till en färgförändring av det spridda ljuset. Spektrumet av färger som reflekteras tillbaks från provet ger information om provets molekylära sammansättning. Ramantekniken är mycket användbar för att detektera cancerösa vävnadsförändringar i mänsklig vävnad, detta har fastslagits i många studier [1]. Cancerös prostatavävnad kan identifieras då bl.a. innehållet av DNA, kolesterol och kolin ökar, medan exempelvis oljesyrahalten minskar. Nyligen visade det sig att en Ramansensor kunde avslöja en cancersvulst, vilken läkarna inte kunde se, i bröstet på en patient som opererades. Nackdelen med Raman är att laserljuset kan orsaka uppvärmning, uttorkning och fotoinducerade förändringar av vävnaden; hur mycket vävnaden påverkas beror på laserns våglängd och effekt. Resonanssensorns huvudkomponent är en piezoelektrisk keram som kan sättas i svängning, ungefär som en vibrerande gitarrsträng, med hjälp av en elektrisk krets. Den svänger med en särskild frekvens, den s.k. resonansfrekvensen, som ändras när sensorhuvudet kommer i kontakt med t.ex. vävnad. Frekvensförändringen är ett mått på materialets styvhet. Tumörer kan avslöjas då dessa är hårdare än frisk prostatavävnad. Undersökningar gjorda av våra kollegor vid Umeå universitet visar att resonanssensorn förmår att särskilja tumörer och frisk prostatavävnad av typen som kallas epitel, vilket är en relativt mjuk vävnadstyp i prostatan. I nuläget kan metoden inte särskilja tumörer från naturliga förhårdningar, såsom prostatastenar, i prostatan. Cancer utvecklas dock vanligtvis i den bakre delen, vilken innehåller en stor andel mjuk epitelvävnad, av prostatakörteln. En förhårdning i detta område kan således indikera cancer. Förutsättningarna verkar med andra ord mycket goda för att kunna detektera prostatacancer in vivo med resonanssensorn. Kombinationen av de båda teknikerna kan minimera nackdelarna som den enskilda metoden har. Den tänkta sensorn kan göras relativt liten, sammantaget kan vi få ett instrument som ser ut ungefär som en penna med en sladd i ena änden. Instrumentet kan bli till stor nytta bl.a. vid operationer av cancer, för att kirurgerna ska kunna avlägsna hela cancern men minimalt med frisk vävnad. Tillämpningarna för ett instrument som kombinerar resonans- och Ramanteknologi är otaliga. Ur medicinsk synvinkel kan potentiellt stora delar av den mänskliga kroppen undersökas. Föreställ er t.ex. hur kraftfullt ett gastroskop (långt böjbart instrument som används för att titta in i magsäcken) utrustat med denna teknik skulle bli. Instrumentets mångsidighet kan säkerligen utnyttjas för många ändamål även utanför den medicinska sektorn.Hand i hand med experiment kommer vi att utveckla matematiska algoritmer modeller för att kunna ställa säkra diagnoser utifrån erhållna mätdata. Algoritmerna ska automatiskt kunna detektera cancerös vävnad. Detta projekt är unikt, så vitt vi vet har ingen tidigare kombinerat resonanssensorer med Ramanspektroskopi.Referenser:1. Keller, M. D.; Kanter, E. M. & Mahadevan-Jansen, A. Raman spectroscopy for cancer diagnosis. Spectroscopy, 2006, 21, 33-41.  Vi har utfört initiala mätningar med en mikro-Ramanspektrometer för att undersöka preparations- och mätmetodens inverkan på proven. Ett 60-tal tunna skivor av grisprostata från slaktavfall har undersökts och resultaten, som är mycket lika publicerade data på människoprostata, visar god spektral upplösning och reproducerbarhet. Skillnader på grund av inhomogenitet i vävnaden kan urskiljas.  Proven ska helst vara nedsänkta i fysiologisk koksaltlösning under förvaring i kylskåp och då mätningarna utförs, för att en mer naturlig miljö för vävnaden ska erhållas. Uttorkad vävnad ger väldigt stark signalintensitet, men vi misstänker, och andra har bekräftat detta, att uttorkningen ger upphov till spektrala förändringar.Vi kommer fortsätta att studera om vävnadsprovens spektrala egenskaper förändras då de utsätts för intensiv laserbelysning. Därefter kommer mätningar, vilka ska bana vägen för experiment in vivo, med en fiberoptisk Ramanprobe att genomföras; första studien kommer förmodligen att undersöka penetrationsdjupet. När penetrationsdjupet av Ramanmätningen har avstämts med resonanssensorn kommer de båda metoderna att kombineras.

Subject headings

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Medicinteknik -- Annan medicinteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Medical Engineering -- Other Medical Engineering (hsv//eng)

Keyword

prostatacencer

resonanssensorer

Raman spektroskopi

Medical Engineering for Healthcare

Medicinsk teknik för hälsovård

Publication and Content Type

pop (subject category)

ovr (subject category)