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物理学 > 生物物理

arXiv:2507.10230v1 (physics)
[提交于 2025年7月14日 ]

标题: 脑肿瘤评估的外源性PpIX模型

标题: Exogeneous PpIX model for brain tumour assessment

Authors:John Raschke, Jean Pierre Ndabakuranye, Bobbi Fleiss, Arman Ahnood
摘要: 可靠的体外模型用于光电设备的开发,例如用于胶质瘤荧光引导手术的荧光检测设备。 一种常用的方法是通过在动物模型中诱导胶质瘤。 随后给予5-ALA以在胶质瘤中诱导原卟啉IX(PpIX)并使其发出荧光。 尽管这些方法在捕捉肿瘤的关键生物分子和生理特征方面表现出色,但它们本质上具有不确定性。 这限制了它们在临床前设备开发中的应用范围,因为在多个动物中需要一致且可控的肿瘤再现。 使用明胶中荧光标记的方法提供了简单的复制,但未能捕捉到体内模型的复杂性。 在本研究中,我们引入了一种外源性脑肿瘤模型,用于评估PpIX荧光检测。 该模型是通过将PpIX溶液注射到切除的成年大鼠大脑皮层区域而开发的,注射部位模拟了具有高PpIX浓度的肿瘤区域。 肿瘤区域具有浓度梯度,中心浓度最高,向边缘逐渐降低,类似于体内的胶质瘤。 通过使用5-ALA将荧光特性与体内条件进行比较,并与其他已发表的研究结果有很好的相关性,相关系数R2>0.93。 通过检查溶剂二甲基亚砜(DMSO)对脑样本自荧光(AF)的影响以及储存时间对AF的短期影响来验证模型的有效性。 检查结果确认溶剂不会改变AF,脑样本应储存在Hanks平衡盐溶液中并冷藏以保持湿度并保存AF。 该模型准确地复制了手术中的荧光条件,并为胶质瘤诱导提供了一个合适的替代方案,有助于在设计迭代中发展荧光检测设备。
摘要: Reliable in-vitro models are used for optoelectronic device development such as fluorescence detection devices for fluorescence-guided surgery of gliomas. A common approach is based on inducing gliomas in animal models. This is followed by a dosage of 5-ALA to induce Protoporphyrin IX (PpIX) in the glioma and which fluoresces. Although these approaches excel in capturing key biomolecular and physiological features of the tumour, they are inherently indeterministic. This limits the scope of their use for preclinical device development, where consistent and controllable tumour reproduction across multiple animals is needed. Approaches using fluorescence markers in gelatine provide a simple replication but fail to capture the complexities of in-vivo models. In this study, we introduce an exogenous brain tumour model for assessing PpIX fluorescence detection. The model was developed by injecting a PpIX solution into the cortical region of a resected adult rat brain, the injection site simulated a tumoral region with elevated PpIX concentration. The tumoral region had a gradient of concentrations, with a peak at the centre and a decrease towards the margins, akin to in-vivo gliomas. The fluorescence profile was compared to in-vivo conditions using 5-ALA and correlated well with other reported works, achieving a correlation of R2>0.93. The model's validity was tested by examining the effect of the solvent, DMSO, on the Autofluorescence (AF) of the brain sample and the short-term effect of storage on AF was analysed. Examinations confirmed the solvent did not alter AF, and the brain sample should be stored in Hanks Balanced Salt Solution and refrigerated to maintain moisture and preserve AF. The model accurately replicated surgical fluorescence conditions and offers a suitable alternative to glioma induction, benefiting the development of fluorescence detection devices across design iterations.
评论: 20页,7图
主题: 生物物理 (physics.bio-ph) ; 图像与视频处理 (eess.IV)
引用方式: arXiv:2507.10230 [physics.bio-ph]
  (或者 arXiv:2507.10230v1 [physics.bio-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.10230
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: John Raschke Mr [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 14 日 12:51:10 UTC (935 KB)
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