Разработка системы флуоресцентной визуализации невидимых узлов рака легких (RECOGNISE)

Рак легких является ведущей причиной смертности от рака в Европейском Союзе (ЕС) (267 000 смертей в год) и четвертым по распространенности видом рака (321 000 новых случаев в год). На сегодняшний день радикальная операция остается лучшим методом лечения больных раком легких на ранних стадиях. Более того, программы скрининга рака привели к частым диагнозам неопределенных поражений легких, многие из которых требуют хирургической биопсии для диагностики и вмешательства.

Например, имеющиеся данные показали, что 5,9% населения Европы старше 15 лет выкуривают не менее 20 сигарет в день (8,4% среди мужского населения), а около 12,6% - менее 20. Недавние исследования по скринингу рака легких показали, что распространенность неопределенных легочных узелков достигает 50% у курильщиков из группы высокого риска, при этом уровень выявления рака среди всей обследованной популяции составляет 1%. Поразительно, но 69% случаев рака легких, выявленных при скрининге, были обнаружены на ранней стадии IA или IB.

Наконец, исследования по скринингу рака легких, такие как исследование NELSON, показали снижение смертности от рака легких на 26% за 10 лет. Потенциальное социальное воздействие настоящего проекта связано с созданием этой программы скрининга в Европе. Можно подсчитать, что если его применить к европейскому населению высокого риска (т. е. к курильщикам), скрининг позволит выявить 3,5 миллиона неопределенных легочных узелков, из которых 250 000 представляют собой раннюю стадию рака легких. [2] Следовательно, использование NIR-трекера, как предлагают исследователи, может дать согласие на минимально инвазивную операцию в этом сценарии в качестве диагностической и терапевтической процедуры. Следовательно, это может способствовать сокращению времени постановки диагноза, заболеваемости, смертности и затрат на послеоперационный уход, связанных с более инвазивными хирургическими процедурами.

На сегодняшний день анатомическая резекция легкого с лимфаденэктомией остается лучшим методом лечения больных ранними стадиями немелкоклеточного рака легкого. Более того, программы скрининга рака привели к частым диагнозам неопределенного состояния легких, многие из которых требуют хирургической биопсии для диагностики и вмешательства.

Тем не менее, увеличение использования минимально инвазивных процедур (например, видеоассистированная торакальная хирургия -VATS- и роботизированная торакальная хирургия -RATS-) остается обязательным, чтобы снизить значительную заболеваемость классической хирургией, хирургическую травму, сохранить функцию органов и улучшить качество жизни пациента. Тем не менее, минимально инвазивная хирургия представляет собой хирургический метод выбора менее чем в 40% анатомических резекций легких, проводимых в Европе. Одной из существенных проблем, препятствующих применению НДС и RATS у большинства пациентов с НМРЛ на ранних стадиях, является сложность распознавания легочных узлов, расположенных глубоко в паренхиме легких и, следовательно, не видимых с помощью традиционной системы камер. Действительно, VATS и RATS не соглашаются на ручную пальпацию легких, что затрудняет локализацию неповерхностных узлов в легких.

Было разработано несколько подходов для улучшения локализации неопределенных узлов в легких и уменьшения времени постановки диагноза и скорости перехода к открытой операции. Тем не менее, ни один из них не является 100% чувствительным или не имеет осложнений, в том числе тяжелой степени.

Используются многочисленные предоперационные методы, в том числе методы чрескожного размещения под контролем КТ, включающие использование микроспиралей, крючков и спиральных спиц. Эти устройства могут поддерживать локализацию узелков во время минимально инвазивных процедур на легких; тем не менее, их можно легко сместить во время транспортировки и позиционирования пациента, интраоперационного ателектаза, вентиляции единственного легкого и манипуляций хирурга. Кроме того, наблюдаются некоторые места расположения легкого, например, у верхушки, вблизи диафрагмы, а также вблизи средостения и магистральных сосудов. Кроме того, все эти методы предоперационной локализации требуют двух разных процедур: одной для размещения направления под контролем КТ, а другой для хирургического лечения. Наконец, частота пневмоторакса, кровоизлияний и подкожной эмфиземы не является незначительной, и этих осложнений необходимо избегать у некоторых подгрупп пациентов. Другие предоперационные методы включают использование маркировки красителем метиленового синего или флуоресцентного цвета. [8] Тем не менее, на точность окрашивания целевой области сильно влияет время между маркировкой опухоли и торакоскопией. В частности, значительное влияние оказывают трудности визуализации красителя во время операции, ограниченность информации о глубине поражения и быстрая диффузия красителя в окружающую паренхиму легких между моментом инъекции и операцией. Следует отметить, что метиленовый синий имеет ограниченное применение у пациентов с антракотической пигментацией. Более того, эти методы также требуют двух процедур для диагностики и лечения. Наконец, эти процедуры по-прежнему осложняются риском пневмоторакса, кровотечения, воздушной эмболии красителем и нарушения мозгового кровообращения, а также случаев летальной анафилаксии на выбранный краситель.

С другой стороны, клиническое предоперационное стадирование и хирургическое планирование основаны на предоперационных изображениях, полученных перед операцией с помощью компьютерной томографии (КТ), позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) или магнитно-резонансной томографии (МРТ). Эти предоперационные методы визуализации часто недооценивают поражение лимфатических узлов и вторичную локализацию. Это приводит к отставанию стадии после хирургической резекции от 9 до 24 % при клиническом раке легкого I стадии. [10, 11] Тем не менее, современная система интраоперационной визуализации, основанная на прямой инъекции трекера в основную опухолевую массу, продемонстрировала существенные ограничения при раке легких. В основном это связано с более глубоким расположением лимфатического узла, обычно глубоко вовлеченного в нормальную жировую ткань, а также с нерегулярной дренажной системой лимфатических узлов в респираторной области.

В этом контексте интраоперационная флуоресцентная визуализация может улучшить идентификацию раковых клеток в режиме реального времени во время минимально инвазивных хирургических процедур. Это могло бы решить проблему обнаружения раковых узлов, расположенных глубоко в паренхиме легких и не видимых на поверхности нормальной, непораженной ткани. Обнаружение флуоресценции в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR) (700–1000 нм) позволяет избежать естественной фоновой флуоресценции биомолекул, что обеспечивает высокий контраст между целевыми и фоновыми тканями у мелких животных. БИК-флуорофоры имеют более широкий динамический диапазон и минимальную фоновую флуоресценцию из-за меньшего рассеяния по сравнению с обнаружением видимой флуоресценции. Однако традиционный метод ближнего инфракрасного (NIR) индоцианинового зеленого (ICG) продемонстрировал значительное ограничение в распознавании глубокого рака, главным образом из-за присущей ему малой глубины проникновения в ткани. Аналогичным образом, дозорный подход к лимфатическим узлам, проводимый методом ICG, оказался неэффективным, главным образом из-за неспецифичности трекера и нерегулярного пути дренирования легочных лимфатических узлов.

IRDye® 800CW представляет собой БИК-флуорофор индоцианинового типа с пиком поглощения при 775 нм и пиком возбуждения при 796 нм. Он обеспечивает квантовый выход 9% при коэффициенте экстинкции 242 000 М-1см-1. Его молекулярная масса составляет 962 Да. IRDye® 800CW продемонстрировал улучшенное проникновение в ткани по сравнению с другими красителями NIR.

Эпидермальный фактор роста (EGF) представляет собой цитокин из 53 аминокислот (6,2 кДа), который секретируется эктодермическими клетками, моноцитами, почками и двенадцатиперстными железами. ЭФР стимулирует рост эпидермальных и эпителиальных клеток. ЭФР и по меньшей мере семь других факторов роста и их трансмембранные рецепторные киназы играют важную роль в пролиферации клеток, инвазии, метастазировании, неоваскуляризации, адгезии, миграции, дифференцировке и ингибировании апоптоза. Семейство рецепторов EGF (EGFR) состоит из четырех трансмембранных рецепторов, которые включают EGFR (HER1/erbB-1), HER2 (erbB-2/neu), HER3 (erbB-3) и HER4 (erbB-4); и обычно сверхэкспрессируется при раке легких. Цетуксимаб представляет собой моноклональное антитело, способное ингибировать и разрушать EGFR. При внутривенной инфузии (IV) цетуксимаб связывается с EGFR и останавливает связывание и активацию нижестоящих сигнальных путей. Более того, как ранее публиковали исследователи, мутация EGFR связана с явлениями пропуска метастазов (т.е. патологически подтвержденным поражением лимфатических узлов средостения при отсутствии поражения внутрилегочных или внутригрудных лимфатических узлов).

Комбинация с клинически одобренным моноклональным антителом против эпидермального фактора роста EGFR цетуксимабом (Cetuximab-IRDye800) показала многообещающие результаты в качестве специфического средства отслеживания других типов рака (т. е. головного мозга, поджелудочной железы, головы и шеи). Исследователи предполагают, что использование Cetuximab-IRDye800 во время минимально инвазивных хирургических процедур при раке легких может преодолеть ограничения, продемонстрированные ICG и традиционными стратегиями локализации (например, спираль, крючок, внутриопухолевая инъекция красителя). Исследователи рассчитывают подтвердить использование оптимального трекера, который можно легко применять во время операции во время минимально инвазивных хирургических процедур на легких. Исследователи рассчитывают определить оптимальное временное окно и оптимальную дозу введения трекера. Исследователи ожидают обнаружения неопластической локализации в лимфатических узлах и паренхиме легких, которую невозможно предсказать до операции.