Endoskopisk optisk avbildning för precisionsonkologisk behandling applicerad på kolorektala tumörer (Elios-Color-on-Specimen)

Institute of Image-Guided Surgery (IHU) i Strasbourg är ett translationellt forskningsinstitut som syftar till att utveckla hybridkirurgiska tekniker, mindre invasiva och bildstyrda för att förbättra de terapeutiska resultaten, i den framväxande kontexten av precisionsmedicin.

En av dessa expanderande tekniker är fluorescensavbildning som kan styra det kirurgiska ingreppet mycket exakt.

Forskningsenheten IHU-SPECTRA, helt dedikerad till utvecklingen av fluorescensstyrd kirurgi, inrättades vid IHU Strasbourg. För närvarande representerat av ett nätverk av forskare från olika områden och av industriella och akademiska partners i Frankrike och utomlands, är dess kortsiktiga mål främst implementering och utvärdering i nuvarande klinisk praxis av de tekniker som redan utvecklats. På sikt planeras att testa flera innovationer som en del av ett storskaligt projekt (ELIOS: Endoscopic Luminescent Imaging for Precision Oncology Surgery), finansierat av ARC Foundation for Cancer Research.

Det föreslagna forskningsprotokollet är en del av ELIOS-projektet och riktar sig särskilt till kolontumörer.

Den heliga gralen inom onkologisk kirurgi är det radikala avlägsnandet av cancerceller för att minska frekvensen av tumörrecidiv och öka tumörens fria överlevnad. Tumörinblandning vid resektionskanterna är den viktigaste prediktorn för tumörrecidiv, vilket leder till hög återfallsfrekvens.

Emellertid begränsas kirurgi och andra minimalt invasiva ablativa procedurer för närvarande av 1) behovet av omfattande avlägsnande av frisk vävnad för att säkerställa negativa marginaler (vilket kan leda till funktionella brister och ökar riskerna för komplikationer) och 2) analys av frysta snitt för att verifiera operationsmarginalerna. De är tidskrävande och kräver betydande personalresurser.

Administrering av en tumörspecifik antikropp, som fluorescerar i det nära-infraröda området och som entydigt kunde kännas igen på tumörcellnivå, skulle kunna ge en snabb och exakt utvärdering av radikalt tumöravlägsnande. I samband med precisionskirurgi har utvecklingen av tumörspecifika fluorescerande prober gjort anmärkningsvärda framsteg under de senaste åren, med lovande prekliniska bevis på konceptet, vilket möjliggör förbättrad identifiering av tumörrester och metastaserande lymfkörtlar. Nyligen, i en pionjärtidning publicerad på Nature, har det första mänskliga fallet av tumörspecifik fluorescensstyrd kirurgi rapporterats. Författare kunde effektivt avlägsna 34 intraperitoneala implantat av äggstockscancermetastaser, som var helt osynliga med blotta ögat. Detta imponerande bevis på konceptet belyser tydligt den potentiella effekten av intraoperativ tumörspecifik molekylär fluorescensavbildning.

Det finns ett ökande antal riktade prober som utvecklas för att visualisera cancerceller, vilket möjliggör tidig upptäckt av cancer och exakt tumörresektion. Särskilt intressant är strategin att koppla ett fluorescerande färgämne (IRDye800CW) med de humaniserade monoklonala antikropparna, som för närvarande används i anticancerterapi.

University Medical Center Groningen (UMCG), som är en stark partner till IHU-SPECTRA-enheten, har utvecklat en fluorescerande spårkopplingskoppling Bevacizumab (som är inriktad på Vascular Endothelial Growth Factor = VEGF) med IRDye800.

De första resultaten från människan som erhölls tillsammans med företaget Surgvision (Groningue, Pays-Bas) är mycket lovande och har inte rapporterat några biverkningar kopplade till fluorescensen.

Bevacizumab-IRDye800CW kan antingen perfunderas intravenöst eller lokalt appliceras, varvid den lokala appliceringen är effektivare än perfusionen.

Parallellt kommer en alternativ optisk teknik som inte kräver användning av en fluorofor att testas. Denna teknik, Hyperspectral Imaging (HSI), är en relativt ny metod som används inom bildstyrd och precisionskirurgi, som har visat lovande resultat för igenkänning/karakterisering av vävnader/tumörer och omfattande bedömning av fysiologiska vävnadsparametrar, såsom perfusion, syresättning och vattenhalt. Därför har det använts främst vid såravbildning och -behandling vid plastikkirurgitransplantationer, kärlkirurgi, kroniska sår och brännskador.

HSI-systemet från en tysk start-up (Diaspective Vision GmbH, Pepelw, Tyskland) har förvärvats. Företaget tillverkar en HSI-kamera, TIVITA-systemet, som gör det möjligt att få spektral information från vävnaderna. Den enda begränsningen, när den tillämpas på minimalt invasiv kirurgi, är att TIVITA tillhandahåller bilder och inte realtidsvideor.

Den största fördelen med HSI framför fluorescensavbildning är att det är en kontrastfri avbildning och i sig kvantitativ. Dessa egenskaper gör HSI till ett mycket lovande verktyg inom bildstyrd kirurgi och öppnar flera möjligheter när det gäller forskningsprogram för miniatyrisering och optimering av bildflödes- och artificiell intelligens (AI) algoritmer för vävnadsigenkänning.

En annan innovativ optisk bildteknik som finns tillgänglig vid IHU är FF-OCT (Light-CT Scanner, LLTechSAS, Paris, Frankrike). Denna teknik möjliggör oförstörande och högupplöst optisk biopsi utan vävnadsbehandling. Bilderna genereras genom att mäta det bakåtspridda ljuset som produceras av interaktionen mellan ljus och vävnader av olika index. Denna teknik har redan visat sin betydande potential inom onkologi, särskilt för äggstocks-, hjärn-, bröst- och pankreasvävnader. Om den valideras kan den i framtiden komplettera eller till och med ersätta traditionell patologi, eftersom den ger högupplösta bilder på kort tid, utan behov av behandling eller färgning.

Arbetshypotesen är att molekylär fluorescensförstärkt verklighet tillåter större precision i differentieringen av tumörvävnad och frisk vävnad hos patienter med kolorektal cancer jämfört med den immunhistokemi som konventionellt används inom anatomopatologi.

Parallellt kommer denna teknik att jämföras med hyperspektral avbildning (HSI TIVITA-system) och optisk avbildning (FF-OCT-system), två potentiellt mer fördelaktiga metoder för detektion av tumörvävnad.