Optical spectroscopy and fluorescence imaging for cancer diagnostics

Abstract: Popular Abstract in Swedish Denna avhandling beskriver olika optiska metoder för att diagnostisera cancer.En sådan metod är optisk spektroskopi (att med hjälp av ljus bestämma fysiska och kemiska egenskaper hos ett prov) som har används för att undersöka cancer i ögat. Avhandlingen omfattar vidare studier av optiska kontrastmedel tillverkade av nanokristaller (nano = en miljarddels meter), vilkas innehåll av sällsynta jordartsmetaller ger unika optiska egenskaper. Dessa kontrastmedel är i huvudsak ämnade för forskningsmodeller. Nästan alla olika ögoncancersjukdomar kan idag diagnostiseras med hjälp av standardiserade undersökningsmetoder som ögonspegling, ultraljud, kärlavbildning och magnetröntgen. Ögoncancer kan trots tillgång till dagens hjälpmedel ibland vara svår att diagnostisera. Som ett komplement till befintliga metoder har vi undersökt möjligheten att använda optisk spektroskopi för diagnos. Metoden är speciellt känslig för att kvantifiera innehållet av olika ämnen i mänsklig vävnad, som vatten och melanin och kan även tillämpas t.ex. för att mäta blodvärde och syremättnad. Synligt och nära-infrarött ljus kan belysa vävnad på flera centimeters djup, vilket kan användas för att söka ytligt liggande tumörer. I en serie experiment på grisögon har vi säkerställt att optisk spektroskopi kan med gott resultat kvantifiera mängden melanin och mängden blod i tumörliknande fantomer placerade i ögats åderhinnan. Vi har även kunnat visa att denna undersökning inte skadar ögat eller ger upphov till ökat ögontryck. Vidare har enuklerade ögon från människa med känd melanomdiagnos studerats. Optisk spektroskopi visade härvid relativt god träffsäkerhet i att mäta graden av pigmentering i melanomen. Sammanfattningsvis: optisk spektroskopi erbjuder ett gott komplement till nuvarande diagnosmetoder för ögoncancersjukdomar. Optiska kontrastmedel inom forskning är ett starkt växande fält. En av anledningarna är att optiska markörer kan emitera upp till en miljard fotoner per sekund per markör. Detta är en mycket hög aktivitet jämfört med mer traditionella nukleära markörer. Därutöver kan optiska markörer tillverkas av proteiner. Detta möjliggör fundamentala biologiska studier av genuttryck. På senare tid har nanomaterial med en storlek betydligt mindre än enstaka celler specialkonstruerats med unika optiska egenskaper. Vi har i en rad experiment studerat hur nanokristaller innehållande sällsynta jordartsmetaller kan utnyttjas som optiska markörer. Vi har funnit följande fördelar: 1) dess optiska signatur kan enkelt skiljas från den annars snarlika signaturen hos normal vävnad. Denna särskiljning är svår att uppnå med traditionella optiska markörer. 2) nanokristaller är stabila och faller inte sönder vid hög ljusintensitet. Detta är ett vanligt förekommande hos organiska markörer. 3) nanokristaller möjliggör avbildning med högre upplösning. 4) nanokristaller avger ljus med specifika färger. Sammanfattningsvis: nanokristaller innehållande sällsynta jordartmetaller uppvisar unika egenskaper vilket gör dem attraktiva som optiska markörer.