Schnelle, hochauflösende, zerstörungsfreie Beurteilungen der metabolischen und morphologischen Homogenität identifizieren hochgradige zervikale Präkanzerosen eindeutig

Zusammenfassung Zielsetzung Die Zwei-Photonen-Mikroskopie (2PM) ist eine aufstrebende klinische Bildgebungsmodalität mit dem Potenzial, den Gewebestoffwechsel und die Gewebemorphologie nicht-invasiv und in hoher Auflösung zu beurteilen. Ziel dieser Studie war es, das translationale Potenzial der 2PM für den verbesserten Nachweis hochgradiger zervikaler Präkanzerosen zu evaluieren. Experimentelles Design 2P-Bilder, die reduziertem Nicotinamidadenindinukleotid(phosphat) (NAD(P)H) und oxidierten Flavoproteinen (FP) zugeordnet sind, wurden über die gesamte Epitheldicke frisch exzidierter humaner Zervixgewebebiopsien (N = 62) aufgenommen. Fünfzehn Biopsien wiesen hochgradige Plattenepithel-Intraepitheliale Läsionen (HSILs) auf, 14 Biopsien niedriggradige SILs (LSILs) und 33 Biopsien waren gutartig. Eine quadratische Diskriminanzanalyse (QDA) nutzte aus diesen Bildern extrahierte morphologische und metabolisch-funktionelle Metriken, um das Vorliegen von HSILs vorherzusagen. Wir führten eine Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) unter Verwendung von im Gene Expression Omnibus (GEO) verfügbaren Datensätzen durch, um das Vorhandensein einer metabolischen Reprogrammierung bei HSILs zu validieren. Ergebnisse Die Integration metabolischer und morphologischer 2P-abgeleiteter Metriken aus feingestuften Epithelien voller Dicke erreichte eine hohe Sensitivität von 90,8 ± 6,1 % und eine Spezifität von 72,3 ± 11,3 % für den Nachweis von HSILs. Bemerkenswerterweise blieben die Sensitivität (91,4 ± 12,0 %) und die Spezifität (77,5 ± 12,6 %) erhalten, wenn Metriken aus lediglich zwei Bildern in einer Tiefe von 12 und 72 µm von der Gewebeoberfläche verwendet wurden. Eine Hochregulierung der Glykolyse, des Fettsäurestoffwechsels und der oxidativen Phosphorylierung in HSIL-Geweben bestätigte die durch 2P-Biomarker erfasste metabolische Reprogrammierung. Schlussfolgerung Markierungsfreie 2P-Bilder aus lediglich zwei Epitheldiefen ermöglichen einen schnellen und robusten Nachweis von HSILs durch die quantitative Charakterisierung der metabolischen und morphologischen Reprogrammierung, was das Potenzial dieses Verfahrens für die klinische Beurteilung zervikaler Präkanzerosen unterstreicht. Erklärung zur translationalen Relevanz Das Kolposkopie- und Biopsie-Paradigma zur Erkennung von Gebärmutterhals-Präkanzerosen führt zu einer übermäßigen Anzahl unnötiger Biopsien, die mit erheblichen wirtschaftlichen und psychologischen Kosten verbunden sind. Diese Studie hebt das Potenzial der markierungsfreien, hochauflösenden Zwei-Photonen-Bildgebung hervor, dieses Paradigma durch die Einführung morphofunktioneller Echtzeit-Gewebebeurteilungen zu verbessern. In einem umfangreichen Datensatz, der frisch exzidierte hochgradige und niedriggradige zervikale intraepitheliale Läsionen sowie gutartige metaplastische und entzündete humane Zervixbiopsien umfasst, charakterisieren wir erfolgreich einen Verlust an morphofunktioneller Heterogenität, der auf hochgradige präkanzeröse Veränderungen hinweist. Durch die Kombination quantitativer morphofunktioneller Metriken aus der Zwei-Photonen-Bildgebung zeigen unsere Ergebnisse eine erhebliche Verbesserung sowohl der Sensitivität als auch der Spezifität beim Nachweis hochgradiger Läsionen im Vergleich zum derzeitigen Goldstandard der Kolposkopie mit anschließender Einzelbiopsie. Die nachgewiesene Steigerung von Sensitivität und Spezifität unterstreicht die Aussicht, die nicht-invasive, markierungsfreie metabolische Bildgebung in die klinische Praxis zu integrieren, und bietet einen effektiveren und effizienteren Ansatz zur Identifizierung und Behandlung von zervikalen Präkanzerosen.