Opracowanie systemu fluorescencyjnej wizualizacji niewidocznych guzków raka płuc (RECOGNISE)

Rak płuc jest główną przyczyną zgonów z powodu nowotworów w Unii Europejskiej (UE) (267 000 zgonów rocznie) i czwartym pod względem częstości występowania nowotworem (321 000 nowych przypadków rocznie). Jak dotąd radykalna operacja pozostaje najlepszą metodą leczenia pacjentów z rakiem płuc we wczesnym stadium. Co więcej, programy badań przesiewowych w kierunku raka doprowadziły do ​​częstego rozpoznawania nieokreślonych zmian w płucach, z których wiele wymagało biopsji chirurgicznej w celu postawienia diagnozy i interwencji.

Na przykład dostępne dane wykazały, że 5,9% populacji Europy w wieku powyżej 15 lat paliło co najmniej 20 papierosów dziennie (8,4% w populacji mężczyzn), a około 12,6% paliło mniej niż 20. Niedawne badania przesiewowe w kierunku raka płuc wykazały częstość występowania nieokreślonych guzków płucnych aż u 50% wśród palaczy wysokiego ryzyka, przy wskaźniku wykrywalności raka w całej populacji objętej badaniem przesiewowym na poziomie 1%. Co fascynujące, 69% przypadków raka płuc wykrytych za pomocą badań przesiewowych wykryto we wczesnym stadium IA lub IB.

Wreszcie badania przesiewowe w kierunku raka płuc, takie jak badanie NELSON, wykazały zmniejszenie o 26% liczby zgonów z powodu raka płuc w ciągu 10 lat. Potencjalny wpływ społeczny niniejszego projektu jest powiązany z ustanowieniem programu badań przesiewowych w Europie. Można oszacować, że badanie przesiewowe zastosowane w populacji europejskiej wysokiego ryzyka (tj. osób palących papierosy) mogłoby wykryć 3,5 miliona nieokreślonych guzków płuc, z czego 250 000 to rak płuc we wczesnym stadium. [2] Dlatego też zaproponowane przez badaczy zastosowanie trackera NIR mogłoby w tym scenariuszu pozwolić na minimalnie inwazyjną operację jako procedurę diagnostyczną i terapeutyczną. W rezultacie może określić skrócenie czasu do rozpoznania, zachorowalności, śmiertelności i kosztów opieki pooperacyjnej związanej z bardziej inwazyjnymi zabiegami chirurgicznymi.

Do chwili obecnej anatomiczna resekcja płuc z limfadenektomią pozostaje najlepszą opcją leczniczą u pacjentów z niedrobnokomórkowym rakiem płuc we wczesnym stadium. Co więcej, programy badań przesiewowych w kierunku raka doprowadziły do ​​częstego rozpoznawania nieokreślonych płuc, z których wiele wymagało biopsji chirurgicznej w celu postawienia diagnozy i interwencji.

Niemniej jednak zwiększenie wykorzystania procedur małoinwazyjnych (np. chirurgii klatki piersiowej wspomaganej wideo -VATS- i chirurgii klatki piersiowej wspomaganej robotem -RATS-) pozostaje obowiązkowe w celu zmniejszenia znacznej zachorowalności związanej z chirurgią klasyczną, urazu chirurgicznego, zachować funkcję narządów i poprawić jakość życia pacjenta. Niemniej jednak chirurgia małoinwazyjna stanowi podejście chirurgiczne z wyboru w przypadku mniej niż 40% anatomicznych resekcji płuc przeprowadzanych w Europie. Jedną z istotnych kwestii utrudniających stosowanie VATS i RATS u większości pacjentów z NSCLC we wczesnym stadium jest trudność w rozpoznaniu guzków płuc zlokalizowanych głęboko w miąższu płuc i w konsekwencji niewidocznych w tradycyjnym systemie kamer. Rzeczywiście, VATS i RATS nie wyrażają zgody na ręczne badanie palpacyjne płuc, co utrudnia lokalizację niepowierzchownego guzka płuc.

Opracowano kilka podejść mających na celu poprawę lokalizacji nieokreślonych guzków płuc i skrócenie czasu do rozpoznania oraz szybkości konwersji do operacji otwartej. Niemniej jednak żaden z nich nie jest w 100% wrażliwy i pozbawiony powikłań, także ciężkiego stopnia.

Stosuje się wiele metod przedoperacyjnych, w tym techniki przezskórnego umieszczania implantów pod kontrolą tomografii komputerowej, obejmujące zastosowanie mikrocewek, drutów haczykowych i drutów spiralnych. Urządzenia te mogą wspomagać lokalizację guzków podczas małoinwazyjnych zabiegów na płucach; niemniej jednak można je łatwo przemieścić podczas transportu i układania pacjenta, śródoperacyjnej niedodmy, wentylacji pojedynczego płuca i manipulacji chirurga. Ponadto, niektóre lokalizacje płuca jak wierzchołek, w pobliżu przepony oraz bliskość śródpiersia i dużych naczyń. Co więcej, wszystkie te przedoperacyjne techniki lokalizacji wymagają dwóch różnych procedur, jednej do umieszczenia skierowania pod kontrolą CT, a drugiej do leczenia chirurgicznego. Wreszcie, częstość występowania odmy opłucnowej, krwotoków i rozedmy podskórnej nie jest niewielka, a tych powikłań należy koniecznie unikać w kilku podgrupach pacjentów. Inne metody przedoperacyjne obejmują znakowanie błękitem metylenowym lub fluorescencyjnym. [8] Niemniej jednak na dokładność barwienia docelowego obszaru duży wpływ ma czas pomiędzy oznaczeniem guza a torakoskopią. W szczególności istotny wpływ ma trudność w wizualizacji barwnika podczas operacji, ograniczona informacja na temat głębokości zmiany oraz szybka dyfuzja barwnika do otaczającego miąższu płuc pomiędzy momentem wstrzyknięcia a operacją. Warto zauważyć, że błękit metylenowy ma ograniczone zastosowanie u pacjentów z pigmentacją antrakotyczną. Co więcej, również te techniki wymagają dwóch procedur diagnostycznych i leczniczych. Wreszcie, procedury te są nadal skomplikowane ze względu na ryzyko odmy opłucnowej, krwotoku, zatorowości powietrznej barwnika i wypadku naczyniowo-mózgowego, a także przypadki śmiertelnej anafilaksji na wybrany barwnik.

Z drugiej strony, przedoperacyjna ocena stopnia zaawansowania klinicznego i planowanie chirurgiczne opierają się na obrazach przedoperacyjnych wykonanych przed operacją za pomocą tomografii komputerowej (CT), pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) lub rezonansu magnetycznego (MRI). W tych przedoperacyjnych ocenach obrazowych często nie docenia się zajęcia węzłów chłonnych i lokalizacji wtórnych. Powoduje to obniżenie stopnia zaawansowania po resekcji chirurgicznej w zakresie od 9 do 24% w przypadku klinicznego raka płuc w I stadium. [10, 11] Niemniej jednak obecny system obrazowania śródoperacyjnego, oparty na bezpośrednim wstrzyknięciu trackera w główną masę nowotworową, wykazał istotne ograniczenie w raku płuc. Dzieje się tak głównie na skutek głębszego umiejscowienia węzłów chłonnych, zwykle głęboko zajętych przez prawidłową tkankę tłuszczową, oraz nieregularnego drenażu węzłów chłonnych w okolicy oddechowej.

W tym kontekście śródoperacyjne obrazowanie fluorescencyjne może usprawnić identyfikację komórek nowotworowych w czasie rzeczywistym podczas małoinwazyjnych zabiegów chirurgicznych. Może to przezwyciężyć trudności w odnalezieniu guzków nowotworowych zlokalizowanych głęboko w miąższu płuc, niewidocznych na powierzchni prawidłowej, niezajętej tkanki. Wykrywanie fluorescencji w bliskiej podczerwieni (NIR) (700-1000 nm) pozwala uniknąć naturalnej interferencji fluorescencji tła biomolekuł, co zapewnia wysoki kontrast pomiędzy tkankami docelowymi i tłem u małych zwierząt. Fluorofory NIR mają bardziej wszechstronny zakres dynamiczny i minimalną fluorescencję tła ze względu na zmniejszone rozpraszanie w porównaniu z detekcją widzialnej fluorescencji. Jednakże konwencjonalna metoda wykorzystująca zieleń indocyjaninową (ICG) w bliskiej podczerwieni (NIR) wykazała istotne ograniczenia w głębokim rozpoznawaniu nowotworów, głównie ze względu na wewnętrzną penetrację tkanki na małej głębokości. Podobnie nieskuteczne okazało się podejście wartownicze do węzłów chłonnych metodą ICG, głównie ze względu na niespecyficzność trackera i nieregularną drogę drenażu płucnych węzłów chłonnych.

IRDye® 800CW to fluorofor NIR typu indocyjaninowego o szczytowej absorpcji przy 775 nm i szczytowej emisji wzbudzenia przy 796 nm. Zapewnia wydajność kwantową na poziomie 9% przy współczynniku ekstynkcji wynoszącym 242 000 M-1cm-1. Ma masę cząsteczkową 962 Da. IRDye® 800CW wykazał zwiększoną penetrację tkanek w porównaniu z innymi barwnikami NIR.

Naskórkowy czynnik wzrostu (EGF) to cytokina o długości 53 aminokwasów (6,2 kDa), która jest wydzielana przez komórki ektodermy, monocyty, nerki i dwunastnicę. EGF stymuluje wzrost komórek naskórka i nabłonka. EGF i co najmniej siedem innych czynników wzrostu i ich przezbłonowe kinazy receptorowe odgrywają zasadniczą rolę w proliferacji komórek, inwazji, przerzutach, neowaskularyzacji, adhezji, migracji, różnicowaniu i hamowaniu apoptozy. Rodzina receptorów EGF (EGFR) składa się z czterech receptorów transbłonowych, które obejmują EGFR (HER1/erbB-1), HER2 (erbB-2/neu), HER3 (erbB-3) i HER4 (erbB-4); i często ulega nadekspresji w raku płuc. Cetuksymab jest przeciwciałem monoklonalnym zdolnym do hamowania i degradacji EGFR. Podawany we wlewie dożylnym (IV), cetuksymab wiąże się z EGFR i zatrzymuje wiązanie i aktywację dalszych szlaków sygnałowych. Co więcej, jak już wcześniej opublikowali badacze, mutacja EGFR jest powiązana ze zjawiskiem pomijania przerzutów (tj. patologicznie potwierdzonym zajęciem węzłów chłonnych śródpiersia przy braku choroby śródpłucnych lub wnękowych węzłów chłonnych).

Połączenie z zatwierdzonym klinicznie przeciwciałem monoklonalnym przeciw naskórkowemu czynnikowi wzrostu EGFR Cetuksymabem (Cetuximab-IRDye800) dało obiecujące wyniki jako specyficzny wskaźnik w przypadku innych typów nowotworów (tj. mózgu, trzustki, głowy i szyi). Badacze stawiają hipotezę, że zastosowanie Cetuksymabu-IRDye800 podczas małoinwazyjnych zabiegów chirurgicznych raka płuc mogłoby przezwyciężyć ograniczenia wykazywane przez ICG i tradycyjne strategie lokalizacji (np. cewka, haczyk, wstrzyknięcie do guza barwnika). Badacze spodziewają się przeprowadzić walidację przy użyciu optymalnego trackera, który można łatwo zastosować śródoperacyjnie podczas minimalnie inwazyjnych zabiegów chirurgicznych płuc. Badacze oczekują określenia optymalnego okna czasowego i optymalnej dawki podania trackera. Badacze spodziewają się, że lokalizacja nowotworu w węzłach chłonnych i miąższu płuc nie będzie przewidywalna przed operacją.