Флуоресцентная химия в интраоперационной визуализации основывается на явлении флуоресценции — излучении света веществом после поглощения фотонов возбуждающей длины волны. Процесс включает три ключевых стадии: поглощение фотона молекулой флуорофора, переход электрона в возбужденное состояние и последующий возврат в основное состояние с излучением фотона более длинной волны. Это свойство позволяет визуализировать биологические структуры с высокой контрастностью и селективностью.
Для хирургических процедур используются флуорофоры с оптимальными спектральными характеристиками:
1. Органические красители. Классические флуорофоры, такие как индоканин зеленый (ICG) и флуоресцеин, обладают высокой биосовместимостью, малой токсичностью и коротким временем циркуляции. Их спектральные характеристики подходят для визуализации кровотока, лимфатических путей и опухолевых тканей.
2. Неорганические наночастицы. Квантовые точки и наночастицы на основе редкоземельных элементов обеспечивают узкие линии излучения и высокую фотостабильность. Их можно функционализировать специфическими лигандами для таргетирования опухолевых клеток или сосудистых структур.
3. Протеиновые флуорофоры. Флуоресцентные белки, такие как GFP и его модификации, применяются преимущественно в экспериментальной хирургии и моделях животных. Они позволяют визуализировать клеточные процессы в реальном времени.
Флуоресцентная визуализация сосудов. Используется для оценки перфузии тканей и идентификации артерий и вен. Введение ICG внутривенно позволяет наблюдать динамику кровотока, выявлять ишемические зоны и оценивать качество реконструктивных вмешательств.
Лимфатическая визуализация. Флуоресцентные красители вводят в околотуморные или периферические ткани для визуализации лимфатических сосудов и узлов. Это позволяет точно определять сторожевые лимфоузлы при онкологических операциях и снижает риск травмы лимфатической системы.
Опухолевая визуализация. Таргетированные флуорофоры на основе антител, пептидов или низкомолекулярных лигандов обеспечивают селективное накопление в опухолевой ткани. Флуоресцентная идентификация границ опухоли повышает точность резекции и снижает вероятность оставшихся клеток.
Длина волны и спектральный диапазон. Выбор флуорофора определяется глубиной проникновения света в ткань и уровнем флуоресценции. Инфракрасные флуорофоры (700–900 нм) обеспечивают наибольшую глубину визуализации, минимизируют поглощение гемоглобином и снижают фоновое излучение.
Интенсивность и чувствительность детектора. Современные камеры оснащены чувствительными детекторами с высоким отношением сигнал/шум, что позволяет наблюдать слабую флуоресценцию и проводить количественный анализ.
Фотостабильность и кинетика красителя. Для хирургических процедур важно, чтобы флуорофор сохранял стабильность в течение всей операции и быстро выводился из организма после завершения вмешательства.
Флуорофоры могут взаимодействовать с белками плазмы и клеточными мембранами, что влияет на их распределение и интенсивность излучения. Биосовместимость и отсутствие токсичности определяют их клиническую применимость. Метаболизм красителей, их связывание с альбумином и экскреция через печень или почки учитываются при планировании дозировки и времени введения.
Разработка новых флуорофоров сосредоточена на:
Флуоресцентная химия становится неотъемлемым инструментом современной хирургии, обеспечивая высокую точность, безопасность и возможность количественной оценки биологических процессов в реальном времени.