Entwicklung eines fluoreszierenden Visualisierungssystems für nicht sichtbare Lungenkrebsknötchen (RECOGNISE)

Lungenkrebs ist die häufigste Krebstodesursache in der Europäischen Union (EU) (267.000 Todesfälle/Jahr) und die vierthäufigste Krebserkrankung (321.000 Neuerkrankungen/Jahr). Bis heute ist die radikale Operation die beste Heilungsoption für Patienten mit Lungenkrebs im Frühstadium. Darüber hinaus haben Krebsvorsorgeprogramme häufig zur Diagnose unbestimmter Lungenläsionen geführt, von denen viele eine chirurgische Biopsie zur Diagnose und Intervention erfordern.

So zeigten die verfügbaren Daten, dass 5,9 % der europäischen Bevölkerung über 15 Jahren mindestens 20 Zigaretten pro Tag konsumierten (8,4 % der männlichen Bevölkerung) und rund 12,6 % weniger als 20. Die jüngsten Lungenkrebs-Screening-Studien haben eine Prävalenz unbestimmter Lungenknötchen von bis zu 50 % bei Hochrisikorauchern dokumentiert, wobei die Krebserkennungsrate in der gesamten untersuchten Bevölkerung bei 1 % liegt. Faszinierenderweise wurden 69 % der durch Screening erkannten Lungenkrebserkrankungen im Frühstadium IA oder IB entdeckt.

Schließlich zeigten Studien zum Lungenkrebs-Screening, wie die NELSON-Studie, einen Rückgang der Lungenkrebstodesfälle um 26 % nach 10 Jahren. Die möglichen sozialen Auswirkungen des vorliegenden Projekts hängen mit der Etablierung dieses Screening-Programms in Europa zusammen. Man könnte schätzen, dass das Screening bei Anwendung in der Hochrisikobevölkerung Europas (d. h. bei starken Rauchern) 3,5 Millionen unbestimmte Lungenknötchen identifizieren könnte, von denen 250.000 Lungenkrebs im Frühstadium sind. [2] Daher könnte die Verwendung des von den Forschern vorgeschlagenen NIR-Trackers in diesem Szenario einer minimalinvasiven Operation als diagnostischem und therapeutischem Verfahren zustimmen. Folglich könnte es die Verkürzung der Zeit bis zur Diagnose, Morbidität, Mortalität und Kosten der postoperativen Pflege im Zusammenhang mit invasiveren chirurgischen Eingriffen bestimmen.

Bis heute ist die anatomische Resektion der Lunge mit Lymphadenektomie die beste Heiloption bei Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs im Frühstadium. Darüber hinaus haben Krebsvorsorgeprogramme häufig zu der Diagnose einer unbestimmten Lunge geführt, wobei viele zur Diagnose und Intervention eine chirurgische Biopsie erforderten.

Dennoch bleibt die zunehmende Nutzung minimalinvasiver Verfahren (z. B. videoassistierte Thoraxchirurgie -VATS- und roboterassistierte Thoraxchirurgie -RATS- ) zwingend erforderlich, um die erhebliche Morbidität der klassischen Chirurgie, das Operationstrauma, zu reduzieren Erhaltung der Organfunktion und Verbesserung der Lebensqualität des Patienten. Dennoch stellt die minimalinvasive Chirurgie bei weniger als 40 % der in Europa durchgeführten anatomischen Lungenresektionen den chirurgischen Ansatz der Wahl dar. Eines der wesentlichen Probleme, die die Anwendung von VATS und RATS bei den meisten NSCLC-Patienten im Frühstadium behindern, ist die Schwierigkeit, Lungenknötchen zu erkennen, die sich tief im Lungenparenchym befinden und daher mit dem herkömmlichen Kamerasystem nicht sichtbar sind. Tatsächlich stimmen VATS und RATS einer manuellen Lungenpalpation nicht zu, was die Lokalisierung des nicht oberflächlichen Lungenknotens problematisch macht.

Es wurden mehrere Ansätze entwickelt, um die Lokalisierung unbestimmter Lungenknötchen zu verbessern und die Zeit bis zur Diagnose sowie die Umstellungsrate auf eine offene Operation zu verkürzen. Nichts davon ist jedoch zu 100 % empfindlich oder ohne Komplikationen, auch wenn sie schwerwiegend sind.

Zahlreiche präoperative Methoden werden eingesetzt, darunter perkutane CT-gesteuerte Platzierungstechniken, einschließlich der Verwendung von Mikrospulen, Hakendrähten und Spiraldrähten. Diese Geräte können die Knötchenlokalisierung bei minimalinvasiven Lungeneingriffen unterstützen; Dennoch können sie während des Transports und der Positionierung des Patienten, der intraoperativen Atelektase, der Einzellungenbeatmung und der Manipulation durch den Chirurgen leicht verschoben werden. Darüber hinaus gibt es einige Stellen der Lunge wie die Spitze, in der Nähe des Zwerchfells und die Nähe des Mediastinums und der großen Gefäße. Darüber hinaus erfordern alle diese präoperativen Lokalisierungstechniken zwei unterschiedliche Verfahren, eines für die CT-gesteuerte Überweisungsplatzierung und eines für die chirurgische Behandlung. Schließlich ist die Häufigkeit von Pneumothorax, Blutungen und subkutanem Emphysem nicht unerheblich, und diese Komplikationen müssen bei mehreren Untergruppen von Patienten unbedingt vermieden werden. Andere präoperative Methoden umfassen die Verwendung von Farbstoffmarkierungen mit Methylenblau oder Fluoreszenz. [8] Dennoch wird die Genauigkeit der Färbung des Zielbereichs stark von der Zeit zwischen Tumormarkierung und Thorakoskopie beeinflusst. Die erhebliche Auswirkung besteht insbesondere in der Schwierigkeit, den Farbstoff während der Operation sichtbar zu machen, in begrenzten Informationen über die Tiefe der Läsion und in der schnellen Diffusion des Farbstoffs in das umgebende Lungenparenchym zwischen dem Zeitpunkt der Injektion und der Operation. Bemerkenswert ist, dass Methylenblau bei Patienten mit anthrakotischer Pigmentierung nur begrenzt anwendbar ist. Darüber hinaus erfordern auch diese Techniken zwei Verfahren zur Diagnose und Behandlung. Schließlich bleiben diese Verfahren durch das Risiko eines Pneumothorax, einer Blutung, einer Farbstoff-Luftembolie und eines zerebrovaskulären Unfalls sowie durch Fälle einer tödlichen Anaphylaxie gegenüber dem Farbstoff der Wahl erschwert.

Andererseits basieren das klinische präoperative Staging und die chirurgische Planung auf präoperativen Bildern, die vor der Operation entweder mittels Computertomographie (CT), Positronenemissionstomographie (PET) oder Magnetresonanztomographie (MRT) aufgenommen wurden. Diese präoperativen bildgebenden Untersuchungen unterschätzen häufig die Lymphknotenbeteiligung und sekundäre Lokalisationen. Dies führt zu einem Upstaging nach chirurgischer Resektion von 9 bis 24 % bei klinischem Lungenkrebs im Stadium I. [10, 11] Dennoch zeigte das aktuelle System der intraoperativen Bildgebung, das auf der direkten Injektion eines Trackers in die Haupttumormasse basiert, eine erhebliche Einschränkung bei Lungenkrebs. Dies liegt vor allem an der tieferen Lage des Lymphknotens, der normalerweise tief im normalen Fettgewebe verankert ist, und am unregelmäßigen Lymphknotenabflusssystem im Atmungsbereich.

In diesem Zusammenhang kann die intraoperative Fluoreszenzbildgebung die Echtzeitidentifizierung von Krebszellen bei minimalinvasiven chirurgischen Eingriffen verbessern. Dies könnte die Schwierigkeit überwinden, tief im Lungenparenchym liegende Krebsknötchen zu finden, die auf der Oberfläche von normalem, unbeteiligtem Gewebe nicht sichtbar sind. Die Nahinfrarot-Fluoreszenz (NIR)-Detektion (700–1.000 nm) vermeidet die natürliche Hintergrundfluoreszenzinterferenz von Biomolekülen, was bei kleinen Tieren für einen hohen Kontrast zwischen dem Ziel- und dem Hintergrundgewebe sorgt. NIR-Fluorophore haben einen umfassenderen Dynamikbereich und eine minimale Hintergrundfluoreszenz aufgrund der geringeren Streuung im Vergleich zur Detektion sichtbarer Fluoreszenz. Allerdings zeigte die herkömmliche Indocyaningrün-Methode (ICG) im nahen Infrarot (NIR) eine erhebliche Einschränkung bei der Erkennung von Krebs in der Tiefe, hauptsächlich aufgrund ihrer intrinsischen Gewebepenetration in geringer Tiefe. Ebenso erwies sich der mit der ICG-Methode durchgeführte Lymphknoten-Sentinel-Ansatz als ineffizient, was hauptsächlich auf die Unspezifität des Trackers und den unregelmäßigen Weg der pulmonalen Lymphknotendrainage zurückzuführen war.

Der IRDye® 800CW ist ein NIR-Fluorophor vom Indocyanin-Typ mit einer Spitzenabsorption bei 775 nm und einer Spitzenanregungsemission bei 796 nm. Es liefert eine Quantenausbeute von 9 % mit einem Extinktionskoeffizienten von 242.000 M-1cm-1. Es hat ein Molekulargewicht von 962 Da. Der IRDye® 800CW zeigte im Vergleich zu anderen NIR-Farbstoffen eine verbesserte Gewebedurchdringung.

Der epidermale Wachstumsfaktor (EGF) ist ein Zytokin mit 53 Aminosäuren (6,2 kDa), das von ektodermischen Zellen, Monozyten, Nieren und Zwölffingerdarmdrüsen sezerniert wird. EGF stimuliert das Wachstum von Epidermis- und Epithelzellen. EGF und mindestens sieben weitere Wachstumsfaktoren und ihre Transmembranrezeptorkinasen spielen eine wesentliche Rolle bei der Zellproliferation, Invasion, Metastasierung, Neovaskularisierung, Adhäsion, Migration, Differenzierung und Hemmung der Apoptose. Die Familie der EGF-Rezeptoren (EGFR) besteht aus vier Transmembranrezeptoren, zu denen EGFR (HER1/erbB-1), HER2 (erbB-2/neu), HER3 (erbB-3) und HER4 (erbB-4) gehören; und wird bei Lungenkrebs häufig überexprimiert. Cetuximab ist ein monoklonaler Antikörper, der den EGFR hemmen und abbauen kann. Durch intravenöse Infusion (IV) verabreicht, bindet Cetuximab an den EGFR und stoppt die Bindung und Aktivierung der nachgeschalteten Signalwege. Darüber hinaus ist die EGFR-Mutation, wie die Forscher zuvor veröffentlicht haben, mit Skip-Metastasen-Phänomenen verbunden (d. h. einer pathologisch nachgewiesenen mediastinalen Lymphknotenbeteiligung ohne intrapulmonale oder hiläre Lymphknotenerkrankung).

Die Kombination mit dem klinisch zugelassenen monoklonalen Antikörper gegen den epidermalen Wachstumsfaktor EGFR Cetuximab (Cetuximab-IRDye800) hat vielversprechende Ergebnisse als spezifischer Tracker bei anderen Krebsarten (d. h. Gehirn, Bauchspeicheldrüse, Kopf und Hals) gezeigt. Die Forscher gehen davon aus, dass die Verwendung von Cetuximab-IRDye800 bei minimalinvasiven chirurgischen Eingriffen bei Lungenkrebs die durch ICG und die traditionellen Lokalisierungsstrategien (z. B. Spule, Haken, intratumorale Farbstoffinjektion) nachgewiesenen Einschränkungen überwinden könnte. Die Forscher erwarten, die Verwendung eines optimalen Trackers zu validieren, der problemlos intraoperativ bei minimalinvasiven Lungenoperationen angewendet werden kann. Die Forscher erwarten, das optimale Zeitfenster und die optimale Verabreichungsdosis des Trackers zu definieren. Die Forscher gehen davon aus, eine neoplastische Lokalisation in Lymphknoten und Lungenparenchym zu entdecken, die präoperativ nicht vorhersehbar ist.