University of Groningen Intraoperative fluorescence imaging in

University of Groningen
Intraoperative fluorescence imaging in cancer
Crane, Lucia Marie Albertine
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to
cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date:
2011
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Crane, L. M. A. (2011). Intraoperative fluorescence imaging in cancer Groningen: s.n.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the
author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately
and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the
number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Download date: 18-07-2017
12
NEDERLANDSE
LUCIA M.A. CRANE
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk177 177
SAMENVATTING
16-11-2010 12:06:31
178
INTRAOPERATIVE FLUORESCENCE IMAGING IN CANCER
Dit proefschrift beschrijft de technische aspecten en de eerste klinische toepassingen
van intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming bij gynaecologische en chirurgische
oncologie.
INTRODUCTIE
Beeldvorming is een essentieel onderdeel van de diagnose en behandeling van kanker, in
het bijzonder van solide tumoren. De verschillende beeldvormingtechnieken zoals echografie, computertomografie (CT), magnetische resonantie imaging (MRI), positron emissie tomografie (PET) en computertomografie met enkelvoudige fotonen (SPECT) hebben elk hun functie bij het diagnosticeren en stadiëren van kanker en tijdens behandeling
en follow-up. Bij verdenking op kanker wordt beeldvorming gebruikt om voorafgaand
aan een eventuele chirurgische behandeling de tumor op te sporen en om de uitgebreidheid en plaats van uitzaaiingen te bepalen. Tijdens de operatie heeft de operateur echter
alleen visuele inspectie en palpatie ter beschikking voor het beoordelen van de snijvlakken en de mate van uitbreiding van de tumor. Vriescoupe-onderzoek kan pathologische
ondersteuning bieden, maar deze techniek is tijdrovend en de hoeveelheid weefsel die kan
worden onderzocht is beperkt.1
Intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming is een vrij nieuwe techniek. De grootste potentie hiervan is dat het tijdens de operatie informatie kan verschaffen over de tumor,
snijvlakken, uitzaaiingen en residuale ziekte. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een fluorescente stof, die lokaal of systemisch kan worden toegediend. Een dergelijk contrastmiddel kan specifiek of niet-specifiek zijn. Niet-specifieke fluorescente stoffen binden
niet gericht aan bepaalde cellen of organen en worden vooral gebruikt voor het afbeelden
van anatomische structuren zoals bloedvaten, lymfebanen, lymfeklieren en galwegen. Tumorspecifieke stoffen binden wel gericht aan tumorcellen, en kunnen worden gebruikt
om bijvoorbeeld uitzaaiingen op te sporen, of snijvlakranden die nog tumor bevatten.
De fluorescente stof wordt aangestraald met licht van een specifieke golflengte (excitatie). Vervolgens valt de stof terug en zendt licht van een langere golflengte uit (emissie).
Voor intra-operatieve beeldvorming is licht uit het nabij-infrarode spectrum het meest
geschikt. Dit licht is niet zichtbaar met het blote oog, maar kan wel worden gedetecteerd
met een speciaal camerasysteem.
BENODIGDHEDEN VOOR INTRAOPERATIEVE BEELDVORMING
Een helder signaal is een vereiste voor succesvolle fluorescentiebeeldvorming, en in het
bijzonder intra-operatieve toepassingen. In de medische praktijk wordt al tientallen jaren
gebruik gemaakt van kleurstoffen zoals patent blauw en methyleen blauw, bijvoorbeeld
bij het opsporen van de schildwachtklier (SWK) bij kanker. Zulke kleurstoffen zijn echter
soms moeilijk te onderscheiden in dieper gelegen lymfeklieren, of wanneer er veel omringend vetweefsel is. Fluorescente stoffen daarentegen hebben een groter contrast met het
omringende weefsel. De verhouding tussen het signaal en de achtergrond is het grootst bij
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk178 178
16-11-2010 12:06:31
NEDERLANDSE SAMENVATTING
179
nabij-infrarode (NIR) golflengtes (750-1000 nm).2 Kortere golflengtes, met name die in
het zichtbare spectrum (400-750 nm), zijn minder geschikt voor beeldvorming doordat
dit licht grotendeels wordt geabsorbeerd door hemoglobine. Daarnaast treedt er meer fluorescentie door omliggend weefsel op (autofluorescentie). Straling met langere golflengtes
(1000 nm-0,5 cm) valt in het infrarode spectrum. Dit is niet ideaal voor gebruik in patiënten vanwege de grote mate van absorptie door water. (Zie figuur 1 van hoofdstuk 1).
Momenteel zijn slechts twee fluorescente stoffen goedgekeurd voor klinisch gebruik;
indocyanine groen (ICG) en fluoresceïne, met als derivaat fluoresceïne isothiocyanaat
(FITC). Fluoresceïne wordt in de oogheelkunde toegepast als diagnostisch middel, maar
is door de emissiegolflengte in het zichtbare spectrum minder geschikt voor intra-operatieve toepassingen. Bij oppervlakkig gelegen weefsel is fluoresceïne of FITC wel bruikbaar, omdat het signaal niet geabsorbeerd wordt. ICG heeft een emissiegolflengte rond
795 nm, waarmee het wel een geschikte stof is voor NIR fluorescentiebeeldvorming (in
dit proefschrift veelal afgekort als NIRF imaging). ICG wordt sinds de jaren ’60 gebruikt,
voornamelijk voor het beoordelen van leverperfusie en bij oogheelkundige angiografie.
De toxiciteit is zeer gering.3
Straling in het NIR spectrum kan niet worden waargenomen met het blote oog, daarom
is bij intra-operatieve beeldvorming een gespecialiseerd camerasysteem nodig om het signaal op te vangen en te verwerken tot een afbeelding. Het systeem dat in de studies beschreven in dit proefschrift gebruikt wordt, is ontwikkeld aan de Technische Universiteit
München (Duitsland).4 Het camerasysteem bestaat uit een lichtbron met wit licht waarmee het chirurgisch veld wordt belicht. Daarnaast wordt gebruik gemaakt van een laser
met de specifieke golflengte voor excitatie van de fluorescente stof. Dichroïde spiegels
splitsen het uitgezonden signaal in zichtbaar licht, intrinsieke fluorescentie en de fluorescentiegolflengte van de gebruikte contraststof. Drie zeer gevoelige zogenaamde chargecoupled device (CCD) camera’s verwerken de gegevens tot een kleurenafbeelding en een
fluorescentieafbeelding. (Zie figuur 2 van hoofdstuk 1)
SAMENVATTING VAN HET PROEFSCHRIFT
Beeldvorming is belangrijk bij de diagnose, behandeling en follow-up van kanker. Intraoperatieve fluorescentiebeeldvorming is een nieuwe techniek, die na jaren van uitvoerig
preklinisch onderzoek recent in de klinische praktijk is geïntroduceerd in Japan, de Verenigde Staten en Nederland.
In dit proefschrift wordt een overzicht gegeven van voorwaarden en benodigdheden voor
intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming, ondersteund met resultaten uit de eerste klinische haalbaarheidsstudies op het gebied van de chirurgische en gynaecologische oncologie. Het proefschrift is onderverdeeld in een tweetal secties; intra-operatieve beeldvorming met niet-specifieke fluorescente stoffen (deel I) en tumorspecifieke beeldvorming
(deel II).
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk179 179
16-11-2010 12:06:31
180
INTRAOPERATIVE FLUORESCENCE IMAGING IN CANCER
In hoofdstuk 1 wordt een algemene inleiding gegeven op intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming. De achtergrond van niet-specifieke en tumorspecifieke beeldvorming
wordt uiteengezet, gevolgd door de voorwaarden voor klinische toepassing. Ten slotte
wordt de opbouw van het proefschrift toegelicht.
Het eerste deel van het proefschrift, deel I, betreft intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming voor de detectie van de schildwachtklier (SWK). De SWK is de eerst drainerende
lymfeklier vanaf de tumor. (Zie figuur 3 van hoofdstuk 1) Wanneer hierin geen uitzaaiingen worden gevonden, kan een volledige lymfklierverwijdering van de achterliggende stations veelal achterwege gelaten worden. Bij de standaard SWK-procedure wordt gebruik
gemaakt van radioactief nanocolloïd en een blauwe kleurstof, meestal ‘patent blauw’. In
dit proefschrift worden drie klinische pilot studies beschreven waarin fluorescentiebeeldvorming met indocyanine groen (ICG) wordt vergeleken met de standaard methode.
Hoofdstuk 2 betreft een technische haalbaarheidsstudie voor SWK-detectie met ICG bij
vroege stadia van het cervixcarcinoom (baarmoederhalskanker). Bij deze ziekte wordt de
prognose sterk beïnvloed door uitzaaiingen in de lymfeklieren. De standaard behandeling
bestaat daarom uit een hysterectomie (verwijdering van de baarmoeder) gecombineerd
met het verwijderen van de lymfeklieren in het bekken. Ongeveer een kwart van de patiënten heeft lymfeklieruitzaaiingen, wat betekent dat een grote groep geen baat heeft bij
de lymfeklierverwijdering terwijl er wel degelijk een risico op morbiditeit bestaat; lymfoedeem treedt op bij een vijfde tot een derde van de patiënten. De klinische relevantie van
de SWK-procedure bij het cervixcarcinoom is nog niet geheel duidelijk. Dit heeft onder
meer te maken met de complexe drainage van de cervix uteri en de lokalisatie van de
SWK’s diep in het kleine bekken, waardoor detectie van de radioactieve stof en de blauwe
kleurstof bemoeilijkt wordt. Onze hypothese was dat fluorescentiebeeldvorming mogelijk twee voordelen biedt: I) de procedure vindt in zijn geheel tijdens de operatie plaats
waardoor de belasting voor de patiënt minimaal is; en II) het grote contrast van ICG ten
opzichte van de achtergrond kan leiden tot betere detectie van diepliggende SWK’s.
Met deze haalbaarheidsstudie van tien patiënten concluderen wij dat fluorescentiebeeldvorming voor detectie van de SWK bij het cervixcarcinoom technisch toepasbaar en veilig
is. Bij zes van de tien patiënten werden met fluorescentie een of meerdere SWK’s gevonden, en bij drie van deze zes patiënten werden beiderzijds SWK’s gevonden. Een punt
van aandacht is dat de flexibiliteit van het camerasysteem sterk verbeterd moet worden
voor optimale fluorescentie-detectie in het kleine bekken. Ook wordt de visualisatie van
dieper gelegen lymfeklieren beperkt door de penetratiediepte van ICG van ongeveer 1
cm. Dit probleem speelt met name bij obese patiënten. Toekomstige studies zijn dan ook
gebaat bij fluorescente stoffen met een groter penetrerend vermogen (bijvoorbeeld IRDye
800CW, Li-COR Biosciences) en bij camerasystemen met meerdere rotatieassen.
In tegenstelling tot het cervixcarcinoom is de SWK-procedure veilig bevonden in vroege
stadia van vulvakanker, waar het nu deel uitmaakt van de standaard behandeling. Nade-
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk180 180
16-11-2010 12:06:31
NEDERLANDSE SAMENVATTING
181
len van deze methode zijn het gebruik van radioactiviteit en de preoperatieve injectie met
radiocolloïd in de vulva. Analoog aan het cervixcarcinoom kan dit mogelijk worden vermeden met fluorescentiebeeldvorming. In hoofdstuk 3 wordt voor het eerst de klinische
bruikbaarheid van deze techniek beschreven in een haalbaarheidsstudie. Tien patiënten
met plaveiselcelcarcinoom van de vulva werden geïncludeerd. In vijf patiënten kon het
fluorescente signaal voorafgaand aan de incisie door de huid heen gedetecteerd worden.
De hoeveelheid vetweefsel speelde daarbij een belangrijke rol. Dieper gelegen lymfeklieren
werden niet gevonden met transcutane fluorescentie, maar pas nadat een (oppervlakkige)
incisie in de lies gemaakt was. Op basis van deze bevindingen lijkt fluorescentiebeeldvorming in de huidige vorm vooral bruikbaar bij slanke patiënten. Grotere studies zijn nodig
om te bepalen bij welke BMI en bij welke hoeveelheid overliggend (vet-)weefsel de grens
ligt voor non-invasieve transcutane fluorescentiedetectie.
In hoofdstuk 4 evalueren wij fluorescentiebeeldvorming voor SWK-detectie bij borstkanker. De voorlopige conclusies uit deze haalbaarheidsstudie zijn dat detectie met ICG
weliswaar vergelijkbaar is met detectie met radiocolloïd, maar dat de geringe transcutane
detectie en flexibiliteit van het huidige camerasysteem beperkingen opleveren. Ook uit
soortgelijke studies uitgevoerd in onder meer Japan en de VS blijkt dat ICG bij SWKdetectie tot goede resultaten leidt, maar dat het wachten is op een sensitief, handzaam
en flexibel camerasysteem. De hier beschreven studie is een opstap naar tumorgerichte
fluorescentiebeeldvorming, waarbij het doel is om uitzaaiingen met een tumorspecifieke
stof te detecteren.
Introductie van een nieuwe techniek in de kliniek gaat over het algemeen gepaard met
een leercurve, en intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming is geen uitzondering. Om
de techniek van SWK-detectie met fluorescentiebeeldvorming te verduidelijken en om
het concept voor toekomstige gebruikers te illustreren, hebben wij in dit proefschrift een
videopresentatie opgenomen waarin de procedure stap voor stap wordt uitgelegd en toegelicht. In Hoofdstuk 5 wordt de tekstuele toelichting gegeven, de bijbehorende video is
beschikbaar op de cd-rom in de achterkaft van dit proefschrift.
Deel II van het proefschrift is gericht op het selecteren van tumorspecifieke biomarkers
en op tumorspecifieke intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming. Iedere tumor heeft
een uniek biologisch profiel, wat inhoudt dat er geen ‘universele’ biomarker bestaat die
op elke kankercel aanwezig is. Elke tumorsoort brengt een specifieke reeks aan biomarkers
tot expressie. Een mogelijke uitzondering hierop is de vasculair endotheliale groeifactor
(VEGF). Deze stof speelt een rol bij vaatnieuwvorming en wordt verhoogd tot expressie
gebracht door groeiende solide tumoren. De mate van VEGF-expressie is echter afhankelijk van de tumoractiviteit. Een tweede voorbeeld van een algemeen tumorkenmerk is het
glucosemetabolisme, dat met FDG-PET in beeld gebracht kan worden. Een nadeel van
deze modaliteit is het beperkte nut bij metabool minder actieve tumoren.
Derhalve zal voor elk type kanker specifiek moeten worden onderzocht welke biomarker(-s)
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk181 181
16-11-2010 12:06:32
182
INTRAOPERATIVE FLUORESCENCE IMAGING IN CANCER
het meest tot expressie komen en welke het meest geschikt zijn voor tumorspecifieke
beeldvorming. Biobanken met prospectief verzameld patiëntenmateriaal zijn daarbij onmisbaar. De op basis van deze gegevens opgestelde hypotheses kunnen vervolgens worden
getoetst in een diermodel dat de ziekte nabootst. Als voorbeeld wordt in hoofdstuk 6
een overzicht gepresenteerd van de diverse diermodellen die in de loop der tijd zijn ontwikkeld voor het bestuderen van kanker, met de nadruk op hypoxie in slokdarmkanker.
Het fenomeen hypoxie, waarbij in delen van de tumor een verlaagde zuurstofspanning
optreedt, wordt gebruikt als uitgangspunt voor het bestuderen van potentiële biomarkers
voor tumorspecifieke beeldvorming en het testen van nieuwe concepten.
Hoofdstuk 7 biedt vervolgens een overzicht van de meest interessante tumorspecifieke
stoffen voor intra-operatieve beeldvorming bij eierstokkanker (epitheliaal ovariumcarcinoom; EOC). Bij de selectie van biomarkers hebben wij ons gericht op de biomarkers die
al gebruikt worden voor andere klinische toepassingen, of waarvan verwacht wordt dat
ze binnen afzienbare tijd in de kliniek geïntroduceerd kunnen worden. De folaatreceptor
alfa (FR-α) is veruit de meest veelbelovende marker, aangezien deze receptor in 80-90%
van de epitheliale ovariumtumoren tot expressie komt. Momenteel wordt de FR-α in een
aantal klinische studies gebruikt voor beeldvorming en therapie. Verder beschrijven wij in
dit overzichtsartikel de waarde van de vasculair endotheliale groeifactor (VEGF), de epidermale groeifactor receptor (EGFR), de chemokine receptor CXCR4 en de matrix metalloproteïnases (MMP’s) voor fluorescentiebeeldvorming bij eierstokkanker. Met name
VEGF-A en EGFR zijn interessant voor tumorspecifieke beeldvorming. Dat komt doordat voor beide stoffen al klinisch goedgekeurde antilichamen bestaan. De contraststoffen
die gericht zijn op CXCR4 en MMP’s worden momenteel in diermodellen getest, maar
kunnen mogelijk in de toekomst ook een rol spelen in intra-operatieve beeldvorming.
In de literatuur bestaat geen gevalideerd systeem om biomarkers te selecteren. In hoofdstuk 8 wordt een nieuwe methodologie beschreven om op een gestandaardiseerde manier
de meest geschikte biomarker(-s) voor beeldvorming te selecteren. Met darmkanker (colorectaal carcinoom; CRC) als uitgangspunt wordt een nieuw scoringssysteem beschreven
waarmee een potentieel target getoetst kan worden. Deze TArget Selectie Criteria (TASC)
zijn gebaseerd op een aantal vooraf gedefinieerde essentiële condities: I) aanwezigheid
van de biomarker aan de buitenkant van de celmembraan; II) een homogeen expressiepatroon waarbij de marker in de gehele tumor tot expressie komt; III) hoge expressie van
de marker in de tumor in vergelijking met gezond weefsel, waardoor het signaal goed van
de achtergrond kan worden onderscheiden; IV) het percentage tumoren dat de marker
tot expressie brengt; V) eerder beschreven (pre-)klinische beeldvorming waarbij gebruik
wordt gemaakt van de biomarker; VI) de mate van enzymatische activiteit; en VII) eventuele internalisatie van de biomarker met daar aan gebonden contraststof. Wanneer TASC
vervolgens wordt toegepast op een reeks van biomarkers die in de literatuur beschreven
worden bij CRC, blijken er zeven biomarkers met een hoge score te zijn: carcinoembryonisch antigeen (CEA), chemokine receptor 4 (CXCR4), EGFR, epitheliaal cel-adhesie
molecuul (EpCAM), MMP’s, mucine 1 (MUC1) en VEGF-A. Op basis van de eerder
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk182 182
16-11-2010 12:06:32
NEDERLANDSE SAMENVATTING
183
genoemde criteria zijn dit de meest interessante kandidaat-biomarkers voor tumorspecifieke intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming bij darmkanker. Het TASC scoresysteem
zal in de praktijk geëvalueerd en gevalideerd moeten worden, zowel voor darmkanker als
voor andere soorten kanker.
De folaatreceptor alfa is, zoals hierboven al is vermeld, een van de meest veelbelovende
biomarkers in eierstokkanker. Omdat chemotherapie een belangrijk onderdeel is van de
behandeling van eierstokkanker, zijn FR-α-gerichte beeldvorming en FR-α-gerichte medicijnen alleen bruikbaar als de receptor-expressie in resterend vitaal tumorweefsel niet of
nauwelijks wordt beïnvloed door (neo-)adjuvante chemotherapie. In een retrospectieve
studie hebben wij in patiënten met eierstokkanker het effect van chemotherapie op de
expressie van de FR-α onderzocht; de resultaten staan beschreven in hoofdstuk 9. Immunohistochemische kleuring van weefselfragmenten van 361 patiënten liet FR-α expressie
zien in 82% van de sereuze ovariumtumoren, en op 17% van de tumoren met een ander
histologisch subtype (p<0,001). In een subanalyse op 28 gepaarde coupes voor en na chemotherapie, werd geen verschil gevonden in de mate van expressie in vitaal tumorweefsel
(p=0,149). Verder bleek de mate van FR-α expressie (sterk, matig of zwak) geen invloed
te hebben op de uiteindelijke overleving. Deze gegevens bevestigen dat de folaatreceptor
alfa een aantrekkelijk target is bij sereuze ovariumtumoren en dat de expressie in resterend
vitaal tumorweefsel niet nadelig wordt beïnvloed door chemotherapie.
Recent is een folaat-gebonden contraststof, folaat-FITC, ontwikkeld door Endocyte
Inc., en goedgekeurd voor klinische toepassingen. Dit bood ons de mogelijkheid om de
waarde van tumorspecifieke intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming in patiënten met
eierstokkanker te onderzoeken. Deze studie, beschreven in hoofdstuk 10, is voor zover
bekend de eerste ooit waarin tumorgerichte intra-operatieve beeldvorming in de klinische
praktijk wordt toegepast. Met deze techniek was het mogelijk om bij een patiënt met uitgebreide peritoneale uitzaaiingen tumornoduli met een grootte van 1 mm te detecteren.
In sereuze tumoren zonder uitzaaiing werd een zwak tot matig fluorescent signaal gezien,
terwijl fluorescentie geheel afwezig was in goedaardige gezwellen. Postoperatieve analyse
van de FR-α expressie middels een gevalideerde immunohistochemische analyse liet zien
dat de fluorescentie-intensiteit in vivo en de FR-α expressie uitstekend met elkaar correleren. Met deze studie tonen wij aan dat tumorspecifieke intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming mogelijk is in de klinische praktijk. Om de uiteindelijke waarde voor stadiering en intra-operatieve besluitvorming vast te stellen zijn uitgebreidere studies nodig.
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk183 183
16-11-2010 12:06:32
184
INTRAOPERATIVE FLUORESCENCE IMAGING IN CANCER
CONCLUSIES EN TOEKOMSTPERSPECTIEVEN
In dit proefschrift worden diverse aspecten van intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming binnen de chirurgische en gynaecologische oncologie nader belicht. De klinische
haalbaarheidsstudies tonen aan dat deze techniek technisch bruikbaar is, zowel voor het
opsporen van de schildwachtklier (SWK) als voor tumorspecifieke beeldvorming. In de
volgende alinea’s wordt dieper ingegaan op de belangrijkste conclusies, en worden suggesties voor toekomstige ontwikkelingen besproken.
TECHNISCHE AANPASSINGEN
Bij alle klinische studies beschreven in dit proefschrift is gebruik gemaakt van een prototype camerasysteem, ontwikkeld aan de Technische Universiteit München (Duitsland)
in samenwerking met SurgOptix (Alameda, USA). Bij een prototype is het niet te vermijden dat er verbeterpunten aan het licht komen; deze worden in volgende systemen
aangepast.
De belangrijkste technische verbeterpunten betreffen de flexibiliteit van het camerasysteem en de gebruikersvriendelijkheid van de software. Bij intra-operatieve beeldvorming
van oppervlakkig gelegen laesies, zoals de lymfeklieren in de liezen of in de oksels, is het
huidige systeem redelijk goed bruikbaar. Echter, bij het cervixcarcinoom (hoofdstuk 2)
bleek dat detectie van diep gelegen SWK’s soms belemmerd werd door de geringe rotatiemogelijkheden van het camerasysteem. Een flexibelere en mogelijk kleinere camerakop
met een gemotoriseerde zoomlens is noodzakelijk voor ongehinderde opnames van dieper
gelegen structuren in het kleine bekken en/of de buikholte. Als alternatief zou een fluorescentie-laparoscoop gebruikt kunnen worden voor beeldvorming dieper in het bekken.
Een aantal researchgroepen werkt met de Photodynamic Eye (PDE; Hamamatsu Photonics K.K.), een kleine hand-held fluorescentiedetector.5 Een hand-held system is niet
altijd geschikt, omdat het de operateur belemmert in het gelijktijdig opsporen van fluorescentie en verwijderen van het oplichtende weefsel. Daarnaast is geen enkel commercieel verkrijgbaar systeem, noch de PDE, noch de IC-view (Pulsion Medical Systems)6
geschikt voor gelijktijdige detectie van zowel een kleurenbeeld als intrinsieke en directe
fluorescentie. Dit is echter wel een nuttige, zo niet onmisbare functie bij de anatomische
positionering van het signaal tijdens de operatie. Een voordeel van het door ons gebruikte
camerasysteem is de afstand van de lens tot het chirurgisch veld. De vrijstaande camera
wordt op ongeveer 25 cm boven de patiënt gepositioneerd, waardoor een relatief groot
veld (maximaal 15 x 15 cm) in beeld gebracht kan worden. Doordat het operatiegebied
toegankelijk blijft, kan de operateur (kleine) handelingen uitvoeren met directe feedback
van de camera.
Het aantal laparoscopische en endoscopische ingrepen neemt de laatste jaren sterk toe, en
inmiddels zijn de eerste laparoscopische fluorescentiecamera’s getest in klinische studies.7
Het is dan ook te verwachten dat multispectrale laparoscopische camera’s een belangrijke
rol zullen gaan spelen in intra-operatieve fluorescentiebeeldvorming.
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk184 184
16-11-2010 12:06:33
NEDERLANDSE SAMENVATTING
185
FLUORESCENTE STOFFEN
Zoals beschreven in de introductie, zijn momenteel alleen indocyanine groen (ICG) en
fluoresceïne (en het derivaat fluoresceïne isothiocyanaat; FITC) beschikbaar voor klinische toepassingen. De emissiepiek van FITC ligt in het zichtbare spectrum (520 nm)
waardoor er meer autofluorescentie vanuit de omliggende weefsels en absorptie door
hemoglobine optreedt. In dit proefschrift worden echter goede resultaten geboekt met
FITC (hoofdstuk 10), doordat de uitzaaiingen zich aan de oppervlakte bevinden zonder
overliggend weefsel dat het signaal absorbeert. Dieper gelegen laesies kunnen hoogstwaarschijnlijk niet met FITC worden aangetoond, vanwege de geringe penetratiediepte van
maximaal 5 mm van licht van deze golflengte.
ICG heeft dankzij zijn golflengte in het nabij-infrarode spectrum de voorkeur bij fluorescentiebeeldvorming. De penetratiediepte is groter, evenals het contrast tussen het signaal
en de achtergrond. De meeste studies op het gebied van intra-operatieve beeldvorming
rapporteren redelijke tot goede resultaten met ICG voor SWK-detectie. Uit de klinische
studies beschreven in hoofdstuk 2 en 3 blijkt dat met name vetweefsel de visualisatie van
lymfeklieren negatief beïnvloedt.
Vooruitgang op het gebied van fluorescentiebeeldvorming kan niet zonder de ontwikkeling van nieuwe fluorescente stoffen voor klinische toepassing. Daarbij zijn een aantal
aspecten van belang. Uiteraard mag de stof niet toxisch zijn of veel bijwerkingen kennen.
Verder moet het molecuul klein genoeg zijn voor transport via capillairen en lymfebanen
en is een golflengte in het nabij-infrarode spectrum wenselijk om autofluorescentie te
minimaliseren. Ten slotte is de helderheid van de stof van belang voor de penetratie van
het signaal door weefsel. Momenteel wordt in het UMCG de fluorescente stof IRDye
800CW (Li-COR Biosciences, Lincoln, USA) klinisch getest, deze stof is meer dan vijftig
keer zo helder als ICG.8
TUMORSPECIFIEKE FLUORESCENTIEBEELDVORMING
In de afgelopen jaren is een aantal studies beschreven waarbij fluorescentie wordt gebruikt voor SWK-detectie. Ondanks de voordelen van deze techniek, blijft het de vraag
of de sensitiviteit hoog genoeg is om de huidige technieken te kunnen vervangen. Een
interessante alternatieve benadering is de intra-operatieve detectie van uitzaaiingen in de
lymfeklieren met behulp van tumorspecifieke beeldvorming. Een dergelijke techniek leidt
idealiter tot directe terugkoppeling over de status van de lymfeklieren. In het geval van
uitzaaiingen kan direct een volledige lymfeklierverwijdering worden verricht.
Bij een dergelijke methode moet er sprake zijn van een biomarker die zowel in de primaire
tumor als in een potentiële lymfklieruitzaaiing tot expressie komt. Een aantal studies
laat zien dat de biomarkers uit de primaire tumor inderdaad ook vaak in de lymfklieruitzaaiingen te vinden zijn. Bij bijvoorbeeld borstkanker is aangetoond dat verhoogde
HER2-expressie in 71% van de gevallen zowel in de primaire tumor als in de aangedane
lymfeklieren optreedt.9 Het antilichaam trastuzumab wordt gebruikt om HER2-positieve
tumoren te behandelen. Datzelfde antilichaam kan, gekoppeld aan een fluorescente stof,
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk185 185
16-11-2010 12:06:33
186
INTRAOPERATIVE FLUORESCENCE IMAGING IN CANCER
gebruikt worden voor tumorgerichte beeldvorming. Dit geldt niet alleen voor borstkanker, maar mogelijk ook voor detectie van tumorweefsel in de snijvlakken bij slokdarmkanker of bij uitgezaaide maagkanker.
Koolzuur-anhydrase IX (carbonic anhydrase IX; CA-IX) is een transmembraaneiwit gerelateerd aan hypoxie, dat een rol speelt in nier-, vulva-, cervix- en darmkanker. In een studie over vulvakanker wordt CA-IX beschreven als mogelijke marker voor lymfeklieruitzaaiingen.10 Inmiddels zijn er enkele CA-IX inhibitors op de markt, waarvan een recent
beschreven is als PET-tracer.11 In een fase I-studie naar preoperatieve PET-scans met een
radioactief CA-IX-antilichaam bleek dat niercelkanker op deze manier goed te visualiseren is.12 Ten slotte is in een dierstudie met muizen beschreven dat CA-IX kan fungeren als
aangrijpingspunt voor IgG-fragmenten.13 Theoretisch kunnen deze bevindingen vertaald
worden naar tumorspecifieke intra-operatieve beeldvorming van de primaire tumor en
eventuele lymfeklieruitzaaiingen, wanneer een CA-IX-antilichaam gebonden wordt aan
een fluorescente stof. Deze hypothese vereist uiteraard uitvoerige wetenschappelijke toetsing via in vitro en in vivo modellen.
Zoals wordt geïllustreerd in dit proefschrift, is translationeel onderzoek noodzakelijk om
voor elk tumortype de beste targets te identificeren en te analyseren voor diagnostische
en/of therapeutische toepassingen. Omdat niet elke biomarker in even hoge mate tot
expressie wordt gebracht, is het mogelijk dat bij de individuele patiënt beeldvorming met
een combinatie van biomarkers tot betere resultaten leidt dan een enkelvoudig target.
Bij een tumorgerichte aanpak kunnen geschikte targets voor zowel diagnostiek en therapie als voor intra-operatieve beeldvorming gebruikt worden. Dit kan geïllustreerd worden
met de angiogeneseremmer bevacizumab. Bevacizumab is een antilichaam tegen VEGF-A
dat als medicijn gebruikt wordt bij eierstok-, darm- en niercelkanker.14 Daarnaast kan het
middel gebonden worden aan een radioactieve stof voor PET-scans, ten behoeve van preoperatieve non-invasieve visualisatie van de tumor.15, 16 Hetzelfde geldt voor trastuzumab, een
antilichaam tegen de HER2-receptor dat onder meer gebruikt wordt in de behandeling
van borstkanker. Een recente preklinische studie laat zien dat bevacizumab en trastuzumab geconjugeerd aan een fluorescente stof gebruikt kunnen worden voor intra-operatieve
beeldvorming (nog niet gepubliceerde gegevens). Deze resultaten illustreren de potentiële
veelzijdigheid van een biomarker als aangrijpingspunt voor diagnostiek en therapie.
Concluderend kan gesteld worden dat tumorspecifieke intra-operatieve beeldvorming
veelbelovend lijkt voor het opsporen en behandelen van kanker. Onderzoek op dit gebied
is gebaat bij een multidisciplinaire benadering waarbij specialisten op het gebied van moleculaire biologie, scheikunde, natuurkunde en farmacie samenwerken met clinici vanuit
de diverse disciplines die betrokken zijn bij de patiënt met kanker zoals medische oncologie, chirurgie, gynaecologie, radiologie en nucleaire geneeskunde. In de nabije toekomst
zal meer duidelijk worden over de (on-)mogelijkheden en valkuilen van intra-operatieve
fluorescentiebeeldvorming.
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk186 186
16-11-2010 12:06:33
NEDERLANDSE SAMENVATTING
187
REFERENTIELIJST
1.
Moodley M, Bramdev A. Frozen section: Its role in gynaecological oncology. J Obstet Gynaecol 2005;
2.
Troy T, Jekic-McMullen D, Sambucetti L, Rice B. Quantitative comparison of the sensitivity of
25(7):629-634.
detection of fluorescent and bioluminescent reporters in animal models. Mol Imaging 2004; 3(1):9-23.
3.
Alford R, Simpson HM, Duberman J et al. Toxicity of organic fluorophores used in molecular imaging:
4.
Themelis G, Yoo JS, Soh KS, Schulz R, Ntziachristos V. Real-time intraoperative fluorescence imaging
literature review. Mol Imaging 2009; 8(6):341-354.
system using light-absorption correction. J Biomed Opt 2009; 14(6):064012.
5.
Kusano M, Tajima Y, Yamazaki K, Kato M, Watanabe M, Miwa M. Sentinel node mapping guided
by indocyanine green fluorescence imaging: a new method for sentinel node navigation surgery in
gastrointestinal cancer. Dig Surg 2008; 25(2):103-108.
6.
Murawa D, Hirche C, Dresel S, Hunerbein M. Sentinel lymph node biopsy in breast cancer guided by
indocyanine green fluorescence. Br J Surg 2009; 96(11):1289-1294.
7.
Tajima Y, Murakami M, Yamazaki K et al. Sentinel node mapping guided by indocyanine green
fluorescence imaging during laparoscopic surgery in gastric cancer. Ann Surg Oncol 2010; 17(7):17871793.
8.
Marshall MV, Draney D, Sevick-Muraca EM, Olive DM. Single-Dose Intravenous Toxicity Study of
IRDye 800CW in Sprague-Dawley Rats. Mol Imaging Biol 2010.
9.
Strien L, Leidenius M, von Smitten K, Heikkila P. Concordance between HER-2 and steroid hormone
receptor expression between primary breast cancer, sentinel node metastases, and isolated tumor cells.
Pathol Res Pract 2010; 206(4):253-258.
10. Kowalewska M, Radziszewski J, Kulik J et al. Detection of carbonic anhydrase 9-expressing tumor cells
in the lymph nodes of vulvar carcinoma patients by RT-PCR. Int J Cancer 2005; 116(6):957-962.
11. Poulsen SA. Carbonic anhydrase inhibition as a cancer therapy: a review of patent literature, 2. Expert
Opin Ther Pat 2010; 20(6):795-806.
12. Divgi CR, Pandit-Taskar N, Jungbluth AA et al. Preoperative characterisation of clear-cell renal
carcinoma using iodine-124-labelled antibody chimeric G250 (124I-cG250) and PET in patients with
renal masses: a phase I trial. Lancet Oncol 2007; 8(4):304-310.
13. Carlin S, Khan N, Ku T, Longo VA, Larson SM, Smith-Jones PM. Molecular targeting of carbonic
anhydrase IX in mice with hypoxic HT29 colorectal tumor xenografts. PLoS One 2010; 5(5):e10857.
14. Bagri A, Kouros-Mehr H, Leong KG, Plowman GD. Use of anti-VEGF adjuvant therapy in cancer:
challenges and rationale. Trends Mol Med 2010; 16(3):122-132.
15. Nagengast WB, de Vries EG, Hospers GA et al. In vivo VEGF imaging with radiolabeled bevacizumab
in a human ovarian tumor xenograft. J Nucl Med 2007; 48(8):1313-1319.
16. Nagengast WB, Lub-de Hooge MN, van Straten E.M.E., Brouwers AH, den Dunnen W.F.A., de
Jong JR et al. VEGF-SPECT with 111In-bevacizumab in stage III/IV melanoma patients. Thesis:
Rijksuniversiteit Groningen, Groningen, the Netherlands; 2009.
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk187 187
16-11-2010 12:06:34
Promotie L.M.A. Crane Binnenwerk188 188
16-11-2010 12:06:34