Endoskopische optische Bildgebung für die präzisionsonkologische Behandlung von kolorektalen Tumoren (Elios-Color-on-Specimen)

Das Institut für bildgeführte Chirurgie (IHU) in Straßburg ist ein translationales Forschungsinstitut mit dem Ziel, hybride chirurgische Techniken zu entwickeln, die weniger invasiv und bildgeführt sind, um die therapeutischen Ergebnisse im aufkommenden Kontext der Präzisionsmedizin zu verbessern.

Eine dieser erweiterten Techniken ist die Fluoreszenzbildgebung, die den chirurgischen Eingriff sehr genau leiten kann.

Am IHU Straßburg wurde die Forschungseinheit IHU-SPECTRA eingerichtet, die sich ausschließlich der Entwicklung der fluoreszenzgeführten Chirurgie widmet. Derzeit vertreten durch ein Netzwerk von Wissenschaftlern aus verschiedenen Bereichen und durch industrielle und akademische Partner in Frankreich und im Ausland, sind seine kurzfristigen Ziele hauptsächlich die Umsetzung und Bewertung der bereits entwickelten Techniken in der aktuellen klinischen Praxis. Langfristig ist geplant, mehrere Innovationen im Rahmen eines von der ARC Foundation for Cancer Research geförderten Großprojekts (ELIOS: Endoscopic Luminescent Imaging for Precision Oncology Surgery) zu testen.

Das vorgeschlagene Forschungsprotokoll ist Teil des ELIOS-Projekts und zielt insbesondere auf Dickdarmtumoren ab.

Der Heilige Gral in der onkologischen Chirurgie ist die radikale Entfernung von Krebszellen, um die Rate der Tumorrezidive zu reduzieren und das freie Überleben des Tumors zu erhöhen. Die Tumorbeteiligung an den Resektionsrändern ist der wichtigste Prädiktor für ein Tumorrezidiv und führt zu einer hohen Rezidivrate.

Allerdings sind Operationen und andere minimal-invasive ablative Verfahren derzeit begrenzt durch 1) die Notwendigkeit einer breiten Entfernung von gesundem Gewebe, um negative Ränder sicherzustellen (was zu funktionellen Defiziten führen und das Risiko von Komplikationen erhöhen kann) und 2) die Analyse von Gefrierschnitten um die Operationsränder zu überprüfen. Sie sind zeitaufwändig und erfordern erhebliche personelle Ressourcen.

Die Verabreichung eines tumorspezifischen Antikörpers, der im Nahinfrarotbereich fluoresziert und auf Tumorzellebene eindeutig erkannt werden könnte, könnte eine schnelle und genaue Bewertung der radikalen Tumorentfernung ermöglichen. Im Zusammenhang mit der Präzisionschirurgie hat die Entwicklung tumorspezifischer Fluoreszenzsonden in den letzten Jahren bemerkenswerte Fortschritte gemacht, mit vielversprechenden vorklinischen Nachweisen des Konzepts, die eine verbesserte Identifizierung von Tumorresten und metastatischen Lymphknoten ermöglichen. Kürzlich wurde in einer auf Nature veröffentlichten Pionierarbeit über den ersten Fall einer tumorspezifischen fluoreszenzgesteuerten Operation beim Menschen berichtet. Die Autoren konnten effektiv 34 intraperitoneale Implantate von Eierstockkrebs-Metastasen entfernen, die mit bloßem Auge völlig unsichtbar waren. Dieser eindrucksvolle Nachweis des Konzepts verdeutlicht die möglichen Auswirkungen der intraoperativen tumorspezifischen molekularen Fluoreszenzbildgebung.

Es gibt eine zunehmende Anzahl zielgerichteter Sonden, die entwickelt werden, um Krebszellen sichtbar zu machen, was eine Krebsfrüherkennung und eine präzise Tumorresektion ermöglicht. Besonders interessant ist die Strategie, einen Fluoreszenzfarbstoff (IRDye800CW) mit humanisierten monoklonalen Antikörpern zu koppeln, die derzeit in der Krebstherapie eingesetzt werden.

Das University Medical Center Groningen (UMCG), ein starker Partner der IHU-SPECTRA-Einheit, hat einen fluoreszierenden Tracer entwickelt, der Bevacizumab (der auf den Vascular Endothelial Growth Factor = VEGF abzielt) mit dem IRDye800 koppelt.

Die ersten menschlichen Ergebnisse, die zusammen mit der Firma Surgvision (Groningue, Pays-Bas) erzielt wurden, sind sehr vielversprechend und haben keine mit dem Fluoreszenzmittel verbundenen unerwünschten Ereignisse gemeldet.

Bevacizumab-IRDye800CW kann entweder intravenös perfundiert oder lokal appliziert werden, wobei die lokale Applikation effizienter ist als die Perfusion.

Parallel dazu wird eine alternative optische Technik getestet, die ohne die Verwendung eines Fluorophors auskommt. Diese Technologie, das Hyperspectral Imaging (HSI), ist eine relativ neue Methode, die in der bildgeführten und Präzisionschirurgie verwendet wird und vielversprechende Ergebnisse für die Erkennung/Charakterisierung von Geweben/Tumoren und die umfassende Bewertung physiologischer Gewebeparameter wie Perfusion, Sauerstoffgehalt und Wassergehalt. Daher wurde es hauptsächlich in der Wundbildgebung und -behandlung bei Transplantationen in der plastischen Chirurgie, in der Gefäßchirurgie, bei chronischen Wunden und Brandverletzungen eingesetzt.

Das HSI-System wurde von einem deutschen Start-up (Diaspective Vision GmbH, Pepelw, Deutschland) erworben. Das Unternehmen produziert eine HSI-Kamera, das TIVITA-System, mit dem spektrale Informationen aus Geweben gewonnen werden können. Die einzige Einschränkung bei der Anwendung in der minimal-invasiven Chirurgie besteht darin, dass die TIVITA Bilder und keine Echtzeitvideos liefert.

Der Hauptvorteil der HSI gegenüber der Fluoreszenzbildgebung besteht darin, dass es sich um eine kontrastfreie und intrinsisch quantitative Bildgebung handelt. Diese Eigenschaften machen das HSI zu einem sehr vielversprechenden Werkzeug in der bildgeführten Chirurgie und eröffnen mehrere Möglichkeiten in Bezug auf Forschungsprogramme zur Miniaturisierung und Optimierung des Bildflusses und der Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) zur Gewebeerkennung.

Eine weitere innovative optische Bildgebungstechnologie, die am IHU verfügbar ist, ist FF-OCT (Light-CT Scanner, LLTechSAS, Paris, Frankreich). Diese Technologie ermöglicht eine zerstörungsfreie und hochauflösende optische Biopsie ohne Gewebebehandlung. Die Bilder werden durch Messen des rückgestreuten Lichts erzeugt, das durch die Wechselwirkung zwischen Licht und Gewebe mit unterschiedlichen Indizes erzeugt wird. Diese Technologie hat bereits ihr beträchtliches Potenzial in der Onkologie gezeigt, insbesondere für Eierstock-, Gehirn-, Brust- und Bauchspeicheldrüsengewebe. Wenn es validiert wird, könnte es in Zukunft die traditionelle Pathologie ergänzen oder sogar ersetzen, da es hochauflösende Bilder in kurzer Zeit liefert, ohne dass eine Behandlung oder Färbung erforderlich ist.

Die Arbeitshypothese lautet, dass die molekulare Fluoreszenz-Enhanced-Reality im Vergleich zur herkömmlich in der Anatomopathologie eingesetzten Immunhistochemie eine höhere Präzision bei der Differenzierung von Tumorgewebe und gesundem Gewebe bei Patienten mit Darmkrebs ermöglicht.

Parallel wird diese Technik mit der hyperspektralen Bildgebung (HSI TIVITA-System) und der optischen Bildgebung (FF-OCT-System) verglichen, zwei potenziell vorteilhaftere Methoden zur Detektion von Tumorgewebe.