Zastosowanie mikroskopii konfokalnej w diagnostyce chorób nowotworowych

• Authors: Katarzyna Wieczorek , Halszka Ponamarczuk , Marcin Popielarski , Katarzyna Sobierajska

Title variants

EN

The confocal microscopy in cancer diagnosis

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Polepszenie warunków bytowych a także rozwoju powszechnej opieki medycznej miały znaczący wpływ na wzrost średniej długość życia powodując jednocześnie zwiększenie prawdopodobieństwa nagromadzenia mutacji onkogennych w komórkach, a także powstanie zmian prowadzących do procesu nowotworowego. Ponadto zaobserwowano, że częstotliwość występowania chorób nowotworowych jest istotnie związana z obecnością szkodliwych substancje kancerogennych, zarówno w otoczeniu, jak i codziennej diecie. Tak więc, choroby o podłożu onkologicznym stały się globalnym problemem dotyczącym wszystkich rozwiniętych społeczeństw. Powszechność występowania, stopień zróżnicowania, a także skala problemu zmuszają środowiska naukowe do tworzenia coraz bardziej zaawansowanych metod diagnostycznych, które pozwalały by na dokładną, szybką i możliwie najtańszą weryfikację zmian w tkankach. To głównie od trafności wstępnej diagnostyki medycznej zależy szybkość rozpoczęcia terapii i możliwość uniknięcia etapu przerzutowania guza. Współczesne metody diagnostyczne w onkologii składają się z 3 główne typów: diagnostyki laboratoryjnej (opartej na biochemicznych testach aktywności specyficznych enzymów i markerów nowotworowych), patomorfologicznej (histopatologiczna ocena wycinków tkankowych lub cytologiczna ocena rozmazów) i obrazowej (RTG, USG, rezonans magnetyczny i tomografia komputerowa). Rozwój mikroskopii konfokalnej, techniki, która pozwala na analizę oddziaływania pojedynczych cząsteczek powiązanej z wykorzystaniem najnowocześniejszych kamer CCD i komputerów o ogromnej mocy obliczeniowej stanowi narzędzie o ogromnym potencjale diagnostycznym. Z powodu wysokiej rozdzielczości obrazów, nieinwazyjnego podejścia do pacjenta oraz szybkości uzyskiwania wyników mikroskopia konfokalna może już wkrótce stać się nieocenionym narzędziem w diagnostyce nowotworów. Z tego względu stanowi poważną konkurencję dla tradycyjnych badań histopatologicznych wymagających precyzyjnego usunięcia tkanki oraz czasochłonnego przygotowania i analizy pozyskanego materiału biologicznego. W tym artykule przedstawimy różne sposoby wykorzystania mikroskopii konfokalnej stosowane w już obecnie w diagnostyce nowotworowej, jak i te, będące na etapie badań na modelach zwierzęcych.

EN

Life conditions improvement and the development of common medical care had a significant influence on a life expectancy leading simultaneously to a higher probability of oncogenic mutations accumulation in cells and aberrations drawing to cancer. Furthermore, it was observed that the frequency of cancer diseases is considerably related to the harmful carcinogens present in the environment and everyday diet. Thus, diseases with oncological background has become a global problem concerning every developed society. The popularity of incidence, diversity and the scale of the disease compel scientific environment to invent an advanced diagnostic methods that would enable an accurate, quick and possibly cheapest tissue aberration verification. The therapy starting point and the opportunity to dodge the critical metastatic stage of cancer is mainly depending on the accurateness of the preliminary diagnostics. Contemporary tumor diagnostic methods consist of 3 main types: laboratory diagnostics (based on biochemical testing of specific enzyme and cancer markers activity), pathomorphology (histopathological analysis of tissue biopsies and cytological rating) and visual diagnostics (RTG, USG, magnetic resonance or computer tomography). The development of confocal microscopy, the technique which allows the analysis of single-molecule interactions, together with state of the art CCD cameras and powerful computers represent a tool of great diagnostic potential. Due to high-resolution images, non-invasive patient approach as well as rapidity in obtaining results, confocal microscopy may soon become an invaluable tool in cancer diagnostics. It is a main rival of traditional histopathological screening that requires a deviant tissue removal, precise and time-consuming preparation and analysis. In this article we present various ways of confocal microscopy employment already present in cancer diagnostics as well as survey animal-stage studies utilizing this technique.

• Journal: Kosmos
• Year: 2013
• Volume: 62
• Issue: 2
• Pages: 249-259

Dates

published

2013

Contributors

author

Katarzyna Wieczorek

• Zakład Biofizyki Molekularnej i Medycznej Wydział Nauk o Zdrowiu Uniwersytet Medyczny w Łodzi Mazowiecka 6/8, 92-215 Łódź, Polska

author

Halszka Ponamarczuk

• Zakład Biofizyki Molekularnej i Medycznej Wydział Nauk o Zdrowiu Uniwersytet Medyczny w Łodzi Mazowiecka 6/8, 92-215 Łódź, Polska

author

Marcin Popielarski

• Zakład Biofizyki Molekularnej i Medycznej Wydział Nauk o Zdrowiu Uniwersytet Medyczny w Łodzi Mazowiecka 6/8, 92-215 Łódź, Polska

author

Katarzyna Sobierajska

• Zakład Biofizyki Molekularnej i Medycznej Wydział Nauk o Zdrowiu Uniwersytet Medyczny w Łodzi Mazowiecka 6/8, 92-215 Łódź, Polska

References

• Al-Arashi M. Y., Salomatina E., Yaroslavsky A. N., 2007. Multimodal Confocal Microscopy For Diagnosing Nonmelanoma Skin Cancers. Laser Surg. Med. 39, 696-705.
• Ahlgrimm-Siess V., Horn M., Koller S., Ludwig R., Gerger A., Hofmann-Wellenhof R., 2009. Monitoring efficacy of cryotherapy for superficial basal cell carcinomas with in vivo reflectance confocal microscopy: a preliminary study. J. Dermatol. Sci. 53, 60-64.
• Bekelis K., Bakhorum S. F., Desai A., Mackenzie T., Roberts D. W., 2013. Outcome prediction in intracranial tumor surgery: the National Surgical Quality Improvement Program J. Neurooncol. 2005-2010.
• Boissonnas A., Fetler L., Zeelenberg I. S., Hugues S. A., Amigorena S. 2007. In vivo imaging of cytotoxic T cell infiltration and elimination of a solid tumor. J Exp. Med. 204, 345-356.
• Bouvet M., Tsuji K., Yang M., Jiang P., Moossa, A. R., Hoffman R. M., 2006. In vivo color-coded imaging of the interaction of colon cancer cells and splenocytes in the formation of liver metastases. Cancer Res. 66, 11293-11297.
• Branzan A. L., Landthaler M., Szeimies R. M., 2007. In vivo confocal scanning laser microscopy in dermatology. Lasers Med. Sci. 22, 73-82.
• Bretthauer M., Kalager M., 2013. Principles, effectiveness and caveats in screening for cancer. Brit. J. Surg. 100, 55-65.
• Caj W., Shin D., Chen K., Gheysens O., Cao Q., Wang S., Chen X., 2006. Peptide-labeled near-infrared quantum dots for imaging tumor vasculature in living subjects. Nano Lett. 4, 669-676.
• Chung V.Q., Dwyer P. J., Nehal K. S., Rajadhyaksha M., Menaker G. M., Charles C., Jiang S. B., 2004. Use of ex vivo confocal scanning laser microscopy during Mohs surgery for nonmelanoma skin cancers. Dermatol. Surg. 30, 1470-1478.
• Egeblad M., Ewald A. J, Askautrud H. A, Truitt M.L, Welm B. E., Bainbridge E., Peeters G., Krummel M. F., Werb Z., 2008. Visualizing stromal cell dynamics in different tumor microenvironments by spinning disk confocal microscopy. Dis. Model. Mech. 1, 155-167.
• Foersch S., Kiesslich R., Waldner M., Delaney P., Galle I., Neurath M., Goetz M., 2010. Molecular imaging of VEGF in gastrointestinal cancer in vivo using confocal laser endomicroscopy. Gut 59, 1046-1055.
• Gao X., Cui Y., Levenson R., Chung L., Nie S., 2004. In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots. Nat. Biotechnol. 8, 969-976.
• Gareau D. S., Li Y., Huang B., Eastman Z., Nehal K. S., Rajadhyaksha M., 2008. Confocal mosaicing microscopy in Mohs skin excisions: feasibility of rapid surgical pathology. J. Biomed. Opt. 13, 054001.
• Goetz M., Kiesslich R., 2008. Confocal endomicroscopy: in vivo diagnosis of neoplastic lesions of the gastrointestinal tract. Anticancer Res. 1, 353-360.
• González S., 2008. Clinical applications of reflectance confocal microscopy in the management of cutaneous tumors. Actas Dermosifiliogr. 99, 528-531.
• González S., Gilaberte-Calzada Y., 2008. In vivo reflectancemode confocal microscopy in clinical dermatology and cosmetology. Int. J. Cosmet. Sci. 30, 1-17.
• Hanahan D., Weinberg R., 2000. The hallmarks of cancer. Cell 1, 57-70.
• Hofmann-Wellenhof R., Wurm E. M., Ahlgrimm-Siess V., Richtig E., Koller S., Smolle J., Gerger A., 2009. Reflectance confocal microscopy-state-of-art and research overview. Semin Cutan Med Surg, 28, 172-179.
• Jakola A., Myrmel K., Kloster R., Torp S., Lindal, S. U., 2012. Comparison of a strategy favoring early surgical resection vs a strategy favoring watchful waiting in low-grade gliomas. JAMA 18, 1881-1888.
• Kiesslich R., Goetz M., Burg J., Stolte M., Siegel E., 2005. Diagnosing Helicobacter pylori in vivo by confocal laser endoscopy. Gastroenterology 128, 2119-2123.
• Kiesslich R., Gossner L., Dahlmann A., 2006. In vivo histology of Barrett's oesophagus and associated neoplasias by confocal laser endomicroscopy. Clin. Gastroenterol Hepatol. 8, 979-987.
• Kim M., Lee J., Nehrbass U., Songb R., Choi Y., 2012. Detection of melanoma using antibody-conjugated quantum dots in a coculture model for high-throughput screening system. Analyst 137, 1440-1446.
• Kima J., Coffey B. D., Creighton C., Yua J., Hawkins D., Matzuka M., 2012. High-grade serous ovarian cancer arises from fallopian tube in a mouse model. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 10, 3921-3926.
• Krishnamurthy S., Nör J., 2012. Head and Neck Cancer Stem Cells. J. Dent. Res. 4, 334-340.
• Leinster D. A., Kulbe H., .Everitt .G., Thompson R., Perretti M., .Gavins F..N., Cooper D., Gould D., Ennis D. P., Lockley M., McNeish I. A., Nourshargh S., Balkwill. F. R., 2012. The peritoneal tumour microenvironment of high-grade serous ovarian cancer. J. Pathol. 227, 136-145.
• Longo C., Casari A., Pepe P., Moscarella E., Zalaudek I., Argenziano G., Pellacani G., 2012. Confocal microscopy insights into the treatment and cellular immune response of basal cell carcinoma to photodynamic therapy. Dermatology 225, 264-270.
• Milewski J., Żuk K., Kierzkiewicz K., Rydzewska G., 2011. Laserowa endomikroskopia konfokalna - zasada działania, zastosowania, możliwości rozwoju. Przegląd Gastroenterolog. 1, 1-16.
• Mocarska A., Starosławska E., Iwonna Z. C., Brzozowska A., Łosicki M., Stasiewicz D., Burdan F., 2012. Diagnostic imaging of the prostate cancer. Pol. Merkur. Lekarski 33, 357-363.
• Newberne P. M., Conner M. W., 1986 Nutrient influences on toxicity and carcinogenicity. Fed. Proc. 45, 149-154.
• Nori S., Rius-Díaz F., Cuevas J., .Goldgeier M., Jaen P., Torres A.,González S., 2004. Sensitivity and specificity of reflectancemode confocal microscopy for in vivo diagnosis of basal cell carcinoma: a multicenter study. J. Am. Acad. Dermatol. 51, 923-930.
• Park S. L, Le Marchand L., Wilkens L. R., Kolonel L. N., Henderson B. E., Zhang Z. F., Setiawan V. W., 2012. Risk factors for malignant melanoma in white and non-white/non-African American populations: the multiethnic cohort. Cancer Prev. Res. 5, 423-434.
• Santillian A., Kim Y., Zahurak M., Gardener G., Giuntoli R., Shih I. B., 2007. Differences of chemoresistance assay between invasive micropapillary/low-grade serous ovarian carcinoma and high-grade serous ovarian carcinoma. Int. J. Gynecol. Cancer 3, 601-606.
• Schiffhauer L. M., Boger J. N., Bonfiglio T. A., Zavislan J. M., Zuley M., Fox C. A., 2009. Confocal microscopy of unfixed breast needle core biopsies: a comparison to fixed and stained sections. BMC Cancer 9, 265.
• St. Croix C. M., Shand S. H., Watkins S. C., 2005. Confocal microscopy: comparisons, applications, and problems. Biotechniques 39, 2-5.
• Szczeblowska D., 2007. Diagnostyka i leczenie guzów neuroendokrynnych przewodu pokarmowego w świetle aktualnie obowiązujących standardów. Pol. Merk. Lek. 131, 437-441.
• Tan J., Delaney P., McLaren W. J., 2007. Confocal endomicroscopy: a novel imaging technique for in vivo histology of cervical intraepithelial neoplasia. Expert Rev. Med. Devices 4, 863-871.
• Tirino V., Desiderio V., D'Aquino R., De Francesco F., Pirozzi G., Graziano A., Galderisi U., Cavaliere C., De Rosa A., Papaccio G., Giordano A., 2008. Detection and Characterization of CD133+ Cancer Stem Cells in Human Solid Tumours. PLoS One 3, e3469.
• Ulrich M., Stockfleth E., Roewert-Huber J., Astner S., 2007. Noninvasive diagnostic tools for nonmelanoma skin cancer. Br. J. Dermatol. 157 (Supl. 2), 56-58.
• Ulrich M., Lange-Asschenfeldt S., González S., 2012. In vivo reflectance confocal microscopy for early diagnosis of nonmelanoma skin cancer. Actas Dermosifiliogr. 103, 784-789.
• Ussui V., Wallace M., 2012. Imaged-Enhanced Technologies for Colorectal Polyp Detection and Classification. Am. J. Gastroenterol. 107, 551-553.
• Verma M., 2012. Epigenetic biomarkers in cancer epidemiology. Methods Mol. Biol. 863, 467-480.
• Wang D., Chen Y., Leigh S., Haeberle H. C., Liu J., 2012. Microscopic delineation of medulloblastoma margins in a transgenic mouse model using a topically applied VEGFR-1 Probe. Transl. Oncol. 5, 408-414.
• Wieczorek K., Niewiarowska J., 2012. Nowotworowe komórki macierzyste. Postepy Hig. Med. Dosw. 66, 629-636.
• Wirth D., Snuderl M., Sheth S., Kwon C., Frosch M., 2012. Identifying brain neoplasms using dye-enhanced multimodal confocal imaging. J. Biomed. Opt. 2, 1-8.
• Wu X., Liu H., Liu J., Haley K., Treadway J., Larson J., Bruchez M., 2003. Immunofluorescent labeling of cancer marker Her2 and other cellular targets with semiconductor quantum dots. Nat. Biotechnol. 1, 41-46.
• Zhao M., Schiro P., Kuo J., Koehler K., Sabath D., Popov V., Feng Q., Chiu D., 2013. An automated high-throughput counting method for screening circulating tumor cells in peripheral blood. Anal. Chem. 85, 2465-2471.