Utveckling av ett fluorescerande visualiseringssystem för icke-synliga lungcancerknölar (RECOGNISE)

Lungcancer är den vanligaste orsaken till dödsfall i cancer i Europeiska unionen (EU) (267 000 dödsfall/år) och den fjärde vanligaste cancern (321 000 nya fall/år). Hittills är radikal kirurgi fortfarande det bästa botande alternativet hos patienter med lungcancer i ett tidigt stadium. Dessutom har cancerscreeningsprogram lett till frekventa diagnoser av obestämda lungskador, många som kräver kirurgisk biopsi för diagnos och intervention.

Tillgängliga data visade till exempel att 5,9 % av den europeiska befolkningen över 15 år konsumerade minst 20 cigaretter per dag (8,4 % i den manliga befolkningen), och omkring 12,6 % konsumerade mindre än 20. De senaste lungcancerscreeningsstudierna dokumenterade en prevalens av obestämda lungknölar så hög som 50 % hos högriskrökare, med en cancerupptäcktsfrekvens i den totala screenade befolkningen på 1 %. Fascinerande nog upptäcktes 69% av screen-detekterade lungcancer i tidigt stadium IA eller IB.

Slutligen visade studier på lungcancerscreening, som NELSON-studien, en 26% minskning av dödsfall i lungcancer efter 10 år. Den potentiella sociala effekten av det aktuella projektet är kopplat till etableringen av detta screeningprogram i Europa. Man skulle kunna uppskatta att screeningen skulle kunna identifiera 3,5 miljoner obestämda lungknölar om den tillämpas i den europeiska befolkningen med hög risk (dvs. högrökare), varav 250 000 är lungcancer i ett tidigt stadium. [2] Därför, genom att använda NIR-trackern som utredarna föreslår skulle kunna samtycka till en minimalt invasiv operation i detta scenario som en diagnostisk och terapeutisk procedur. Följaktligen kan det bestämma minskningen av tid till diagnos, sjuklighet, mortalitet och kostnader för postoperativ vård i samband med mer invasiva kirurgiska ingrepp.

Hittills är lunganatomisk resektion med lymfadenektomi det bästa botande alternativet hos patienter med icke-småcellig lungcancer i ett tidigt stadium. Dessutom har cancerscreeningsprogram lett till frekventa diagnoser av obestämda lungor, många som kräver kirurgisk biopsi för diagnos och intervention.

Icke desto mindre är ökningen av användningen av minimalt invasiva procedurer (t.ex. videoassisterad thoraxkirurgi -VATS- och robotassisterad thoraxkirurgi -RATS-) obligatorisk för att minska den betydande sjukligheten av klassisk kirurgi, det kirurgiska traumat, till bevara organens funktion och förbättra patientens livskvalitet. Icke desto mindre representerar minimalt invasiv kirurgi det kirurgiska valet i mindre än 40 % av lunganatomiska resektioner som utförs i Europa. En av de betydande frågorna som hindrar tillämpningen av VATS och RATTS på de flesta NSCLC-patienter i tidigt stadium är svårigheten att känna igen lungknölar som finns djupt i lungparenkymet och följaktligen inte synliga med det traditionella kamerasystemet. Faktum är att VATS och RATTS inte samtycker till manuell lungpalpering, vilket gör lokaliseringen av den icke ytliga lungknölen problematisk.

Flera tillvägagångssätt har utvecklats för att förbättra lokaliseringen av obestämda lungknölar och minska tiden till diagnos och omvandlingshastigheten till öppen kirurgi. Ändå är ingen av dessa 100 % känslig eller utan komplikationer, även av svår grad.

Många preoperativa metoder används, inklusive perkutan CT-styrda placeringstekniker, som omfattar användningen av mikrospolar, krok-trådar och spiraltrådar. Dessa enheter kan stödja nodullokalisering under minimalt invasiva lungingrepp; ändå kunde de lätt förskjutas under patienttransport och positionering, intraoperativ atelektas, enkellungventilation och kirurgmanipulation. Dessutom, vissa platser i lungan som spetsen, nära diafragman, och närheten av mediastinum och stora kärl. Dessutom kräver alla dessa preoperativa lokaliseringstekniker två olika procedurer, en för CT-vägledd remissplacering och en för kirurgisk behandling. Slutligen är frekvensen av pneumothorax, blödningar och subkutant emfysem inte obetydliga, och dessa komplikationer är obligatoriska att undvika i flera undergrupper av patienter. Andra preoperativa metoder omfattar användningen av färgmärkning med metylenblått eller fluorescerande. [8] Ändå påverkas noggrannheten av färgningen av målområdet kraftigt av tiden mellan tumörmarkering och torakoskopi. I synnerhet är den betydande inverkan på svårigheten att visualisera färgämne under operation, begränsad information om lesionsdjup och snabb diffusion av färgämne till omgivande lungparenkym mellan tidpunkten för injektion och operation. Notera att metylenblått har begränsad tillämpning hos patienter med antrakotisk pigmentering. Dessutom kräver även dessa tekniker två procedurer för diagnos och behandling. Slutligen förblir dessa procedurer komplicerade av risken för pneumothorax, blödning, luftemboli, och cerebrovaskulära olyckor och fall av dödlig anafylaxi till det valda färgämnet.

Å andra sidan baseras klinisk preoperativ stadieindelning och kirurgisk planering på preoperativa bilder tagna före operation, antingen med datortomografi (CT), positronemissionstomografi (PET) eller magnetisk resonanstomografi (MRT). Dessa preoperativa avbildningsbedömningar underskattar ofta lymfkörtelpåverkan och sekundära lokaliseringar. Detta resulterar i en uppgradering efter kirurgisk resektion som sträcker sig från 9 till 24 % vid klinisk lungcancer i stadium I. [10, 11] Ändå visade det nuvarande systemet för intraoperativ avbildning, baserat på direktinjektion av en tracker i den huvudsakliga tumörmassan, en betydande begränsning i lungcancer. Detta beror främst på den djupare placeringen av lymfkörteln, vanligtvis djupt engagerad i normal fettvävnad, och på det oregelbundna lymfkörteldräneringssystemet i luftvägsregionen.

I detta sammanhang kan intraoperativ fluorescensavbildning förbättra realtidsidentifieringen av cancerceller under minimalt invasiva kirurgiska ingrepp. Detta skulle kunna övervinna svårigheten att hitta cancerknölar belägna djupt i lungparenkymet, inte synliga på ytan av normal, oinvolverad vävnad. Nära-infraröd (NIR) fluorescensdetektering (700-1 000 nm) undviker den naturliga bakgrundsfluorescensinterferensen hos biomolekyler, vilket ger hög kontrast mellan mål- och bakgrundsvävnader hos små djur. NIR-fluoroforer har ett mer omfattande dynamiskt område och minimal bakgrundsfluorescens på grund av minskad spridning jämfört med synlig fluorescensdetektion. Den konventionella nära-infraröda (NIR) indocyaningrön (ICG) metoden visade dock en betydande begränsning i djup cancerigenkänning, främst på grund av dess inneboende lågdjupa vävnadspenetration. Likaså visade sig den lymfkörtelvaktsmetod som utfördes med ICG-metoden vara ineffektiv, främst på grund av spårarens icke-specificitet och den oregelbundna vägen för pulmonell lymfkörteldränage.

IRDye® 800CW är en NIR-fluorofor av indocyanintyp med maximal absorption vid 775 nm och maximal excitationsemission vid 796 nm. Det ger ett kvantutbyte på 9% med en extinktionskoefficient på 242 000 M-1cm-1. Den har en molekylvikt på 962 Da. IRDye® 800CW visade förbättrad vävnadspenetration jämfört med andra NIR-färgämnen.

Epidermal tillväxtfaktor (EGF) är ett cytokin med 53 aminosyror (6,2 kDa) som utsöndras av ektodermiska celler, monocyter, njurar och duodenalkörtlar. EGF stimulerar tillväxten av epidermala celler och epitelceller. EGF och minst sju andra tillväxtfaktorer och deras transmembranreceptorkinaser spelar väsentliga roller i cellproliferation, invasion, metastasering, neovaskularisering, adhesion, migration, differentiering och hämning av apoptos. EGF-receptorfamiljen (EGFR) består av fyra transmembranreceptorer, vilka inkluderar EGFR (HER1/erbB-1), HER2 (erbB-2/neu), HER3 (erbB-3) och HER4 (erbB-4); och är ofta överuttryckt i lungcancer. Cetuximab är en monoklonal antikropp som kan hämma och bryta ner EGFR. Givet genom intravenös infusion (IV), binder Cetuximab till EGFR och stoppar bindningen och aktiveringen av nedströms signalvägar. Dessutom, som utredarna tidigare publicerat, är EGFR-mutation kopplad till skip-metastas-fenomen (dvs patologiskt bevisad mediastinal lymfkörtelinblandning i frånvaro av intrapulmonell eller hilar lymfkörtelsjukdom).

Kombinationen med den kliniskt godkända monoklonala antikroppen anti-epidermal tillväxtfaktor EGFR Cetuximab (Cetuximab-IRDye800) har visat lovande resultat som en specifik spårare i andra cancertyper (d.v.s. hjärna, bukspottkörtel, huvud och nacke). Utredarna antar att användning av Cetuximab-IRDye800 under minimalt invasiva kirurgiska ingrepp för lungcancer skulle kunna övervinna begränsningen som visas av ICG och de traditionella lokaliseringsstrategierna (t.ex. spiral, krok, färg intratumoral injektion). Utredarna förväntar sig att validera med en optimal tracker som lätt kan appliceras intraoperativt under minimalt invasiva lungkirurgiska ingrepp. Utredarna förväntar sig att definiera det optimala tidsfönstret och den optimala administreringsdosen av trackern. Utredarna förväntar sig att upptäcka neoplastisk lokalisering i lymfkörtlar och lungparenkym som inte kan förutsägas preoperativt.