Endoscopische optische beeldvorming voor nauwkeurige oncologische behandeling toegepast op colorectale tumoren (Elios-Color-on-Specimen)

Het Instituut voor Beeldgestuurde Chirurgie (IHU) van Straatsburg is een translationeel onderzoeksinstituut dat zich richt op de ontwikkeling van hybride chirurgische technieken, minder invasief en beeldgestuurd om de therapeutische resultaten te verbeteren, in de opkomende context van de precisiegeneeskunde.

Een van die uitbreidingstechnieken is fluorescentiebeeldvorming die de chirurgische procedure zeer nauwkeurig kan begeleiden.

De IHU-SPECTRA-onderzoekseenheid, die zich volledig toelegt op de ontwikkeling van fluorescentiegeleide chirurgie, werd opgericht in de IHU Straatsburg. Momenteel vertegenwoordigd door een netwerk van wetenschappers uit verschillende vakgebieden en door industriële en academische partners in Frankrijk en in het buitenland, zijn de kortetermijndoelstellingen voornamelijk de implementatie en evaluatie in de huidige klinische praktijk van de reeds ontwikkelde technieken. Op de lange termijn is het de bedoeling om verschillende innovaties te testen als onderdeel van een grootschalig project (ELIOS: Endoscopic Luminescent Imaging for Precision Oncology Surgery), gefinancierd door de ARC Foundation for Cancer Research.

Het voorgestelde onderzoeksprotocol maakt deel uit van het ELIOS-project en richt zich in het bijzonder op colontumoren.

De heilige graal in oncologische chirurgie is de radicale verwijdering van kankercellen om het aantal tumorrecidieven te verminderen en de vrije overleving van de tumor te vergroten. Tumorbetrokkenheid bij de resectieranden is de belangrijkste voorspeller van tumorrecidief, wat leidt tot een hoog recidiefpercentage.

Chirurgie en andere minimaal invasieve ablatieve procedures worden momenteel echter beperkt door 1) de noodzaak van brede verwijdering van gezond weefsel om negatieve marges te garanderen (wat kan leiden tot functionele tekorten en het risico op complicaties vergroot) en 2) analyse van vriescoupes om de chirurgische marges te verifiëren. Ze kosten veel tijd en vereisen veel mensen.

De toediening van een tumorspecifiek antilichaam, dat fluoresceert in het nabij-infraroodbereik en dat ondubbelzinnig kan worden herkend op cellulair niveau van de tumor, zou een snelle en nauwkeurige evaluatie van radicale tumorverwijdering kunnen opleveren. In de context van precisiechirurgie heeft de ontwikkeling van tumorspecifieke fluorescerende sondes de afgelopen jaren opmerkelijke vooruitgang geboekt, met veelbelovende preklinische bewijzen van het concept, waardoor tumorresiduen en metastatische lymfeklieren beter kunnen worden geïdentificeerd. Onlangs is in een pioniersartikel gepubliceerd op Nature, het eerste geval van tumorspecifieke fluorescentiegeleide chirurgie bij de mens gemeld. Auteurs konden effectief 34 intraperitoneale implantaten van uitzaaiingen van eierstokkanker verwijderen, die met het blote oog volledig onzichtbaar waren. Dit indrukwekkende bewijs van het concept benadrukt duidelijk de potentiële impact van intra-operatieve tumorspecifieke beeldvorming met moleculaire fluorescentie.

Er wordt een toenemend aantal gerichte sondes ontwikkeld om kankercellen in beeld te brengen, waardoor kanker in een vroeg stadium kan worden opgespoord en tumoren nauwkeurig kunnen worden verwijderd. Bijzonder interessant is de strategie van het koppelen van een fluorescerende kleurstof (IRDye800CW) met de gehumaniseerde monoklonale antilichamen, die momenteel worden gebruikt in antikankertherapie.

Het Universitair Medisch Centrum Groningen (UMCG), een sterke partner van de IHU-SPECTRA-eenheid, heeft een fluorescerende tracer ontwikkeld die Bevacizumab (die zich richt op de vasculaire endotheliale groeifactor = VEGF) koppelt aan de IRDye800.

De eerste menselijke resultaten die samen met het bedrijf Surgvision (Groningue, Pays-Bas) zijn verkregen, zijn veelbelovend en hebben geen bijwerkingen gemeld die verband houden met de fluorescerende stof.

Bevacizumab-IRDye800CW kan zowel intraveneus als lokaal worden toegediend, waarbij de lokale toepassing efficiënter is dan de perfusie.

Tegelijkertijd zal een alternatieve optische techniek worden getest waarvoor geen fluorofoor nodig is. Deze technologie, de Hyperspectral Imaging (HSI), is een relatief nieuwe methode die wordt gebruikt in beeldgeleide en precisiechirurgie, die veelbelovende resultaten heeft laten zien voor herkenning/karakterisering van weefsels/tumoren en uitgebreide beoordeling van fysiologische weefselparameters, zoals perfusie, oxygenatie en watergehalte. Daarom is het voornamelijk toegepast bij wondbeeldvorming en -behandeling bij plastische chirurgie, transplantaties, vaatchirurgie, chronische wonden en brandwonden.

Het HSI-systeem van een Duitse start-up (Diaspective Vision GmbH, Pepelw, Duitsland) is overgenomen. Het bedrijf produceert een HSI-camera, het TIVITA-systeem, waarmee spectrale informatie uit de weefsels kan worden verkregen. De enige beperking, wanneer toegepast op minimaal invasieve chirurgie, is dat de TIVITA foto's levert en geen real-time video's.

Het belangrijkste voordeel van HSI ten opzichte van fluorescentiebeeldvorming is dat het een contrastvrije beeldvorming is en intrinsiek kwantitatief. Die kenmerken maken van de HSI een veelbelovend instrument in beeldgeleide chirurgie, en openen verschillende kansen in termen van onderzoeksprogramma's naar miniaturisatie en optimalisatie van de algoritmen voor beeldstroom en kunstmatige intelligentie (AI) van weefselherkenning.

Een andere innovatieve optische beeldvormingstechnologie die beschikbaar is bij de IHU is FF-OCT (Light-CT Scanner, LLTechSAS, Parijs, Frankrijk). Deze technologie maakt niet-destructieve optische biopsie met hoge resolutie mogelijk zonder weefselbehandeling. De beelden worden gegenereerd door het terugverstrooide licht te meten dat wordt geproduceerd door de interactie tussen licht en weefsels met verschillende indices. Deze technologie heeft zijn aanzienlijke potentieel al bewezen in de oncologie, met name voor eierstok-, hersen-, borst- en alvleesklierweefsel. Indien gevalideerd, zou het in de toekomst de traditionele pathologie kunnen aanvullen of zelfs vervangen, aangezien het in korte tijd beelden met een hoge resolutie levert, zonder dat behandeling of kleuring nodig is.

De werkhypothese is dat moleculaire fluorescentie-versterkte realiteit een grotere precisie mogelijk maakt bij de differentiatie van tumorweefsel en gezond weefsel bij patiënten met colorectale kanker in vergelijking met de immunohistochemie die conventioneel wordt gebruikt in de anatomopathologie.

Tegelijkertijd zal deze techniek worden vergeleken met hyperspectrale beeldvorming (HSI TIVITA-systeem) en optische beeldvorming (FF-OCT-systeem), twee potentieel voordeligere methoden voor de detectie van tumorweefsel.