Eierstokkanker wordt meestal pas gediagnosticeerd nadat het een vergevorderd stadium heeft bereikt, met veel tumoren verspreid over de buik. De meeste patiënten ondergaan een operatie om zoveel mogelijk van deze tumoren te verwijderen, maar omdat sommige zo klein en wijdverbreid zijn, het is moeilijk om ze allemaal uit te roeien.

Onderzoekers van het MIT, werken met chirurgen en oncologen in het Massachusetts General Hospital (MGH), hebben nu een manier ontwikkeld om de nauwkeurigheid van deze operatie te verbeteren, debulking genoemd. Met behulp van een nieuw fluorescentiebeeldvormingssysteem, ze waren in staat om tumoren zo klein als 0,3 millimeter - kleiner dan een maanzaad - te vinden en te verwijderen tijdens een operatie bij muizen. Muizen die dit soort beeldgeleide operaties ondergingen, overleefden 40 procent langer dan degenen die tumoren hadden verwijderd zonder het geleide systeem.

"Het mooie van dit systeem is dat het realtime informatie geeft over de grootte, diepte, en verspreiding van tumoren, " zegt Angela Belcher, de James Mason Crafts-hoogleraar Biological Engineering and Materials Science aan het MIT, een lid van het Koch Instituut voor Integratief Kankeronderzoek, en het onlangs benoemde hoofd van MIT's Department of Biological Engineering.

De onderzoekers zijn nu op zoek naar goedkeuring door de FDA voor een fase 1-klinische proef om het beeldvormingssysteem bij menselijke patiënten te testen. In de toekomst, ze hopen het systeem aan te passen voor het monitoren van patiënten met een risico op terugkeer van de tumor, en uiteindelijk voor een vroege diagnose van eierstokkanker, dat is gemakkelijker te behandelen als het eerder wordt opgemerkt.

Belcher en Michael Birrer, voorheen de directeur van medische gynaecologische oncologie bij MGH en nu de directeur van het O'Neal Comprehensive Cancer Center aan de Universiteit van Alabama in Birmingham, zijn de senior auteurs van de studie, online gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano deze week.

Neelkanth Bardhan, een Mazumdar-Shaw International Oncology Fellow aan het Koch Institute, en Lorenzo Ceppi, een onderzoeker bij MGH, zijn de hoofdauteurs van het artikel. Andere auteurs zijn onder meer MGH-onderzoeker YoungJeong Na, MIT Lincoln Laboratory technische medewerkers Andrew Siegel en Nandini Rajan, Robert Fruscio van de Universiteit van Milaan-Bicocca, en Marcela del Carmen, een gynaecologische oncoloog bij MGH en chief medical officer van de Massachusetts General Physicians Organization.

Gloeiende tumoren

Omdat er geen goede manier is om eierstokkanker in een vroeg stadium op te sporen, het is een van de moeilijkste vormen van kanker om te behandelen. van 250, 000 nieuwe gevallen die elk jaar wereldwijd worden gediagnosticeerd, 75 procent is in een vergevorderd stadium. In de Verenigde Staten, het gecombineerde overlevingspercentage van vijf jaar voor alle stadia van eierstokkanker is 47 procent, slechts een lichte verbetering ten opzichte van 38 procent drie decennia geleden, ondanks de komst van chemotherapeutica zoals cisplatine, goedgekeurd door de FDA in 1978 voor de behandeling van eierstokkanker. In tegenstelling tot, het gecombineerde overlevingspercentage van vijf jaar voor alle stadia van borstkanker is gestaag verbeterd, van ongeveer 75 procent in de jaren zeventig tot meer dan 90 procent nu.

"We hebben dringend betere therapieën nodig, inclusief operatie, voor deze (eierstokkanker) patiënten, ' zegt Birr.

Belcher en Birrer hebben hun krachten gebundeld om aan dit probleem te werken via het Bridge Project, een samenwerking tussen het Koch Institute en Dana-Farber/Harvard Cancer Center. Het laboratorium van Belcher heeft een nieuw type medische beeldvorming ontwikkeld op basis van licht in het nabij-infrarood (NIR) spectrum. In een in maart gepubliceerd artikel ze meldde dat dit beeldvormingssysteem een ​​ongekende combinatie van resolutie en penetratiediepte in levend weefsel zou kunnen bereiken.

In de nieuwe studie Belcher, Birrer, en hun collega's werkten samen met onderzoekers van het MIT Lincoln Laboratory om NIR-beeldvorming aan te passen om chirurgen te helpen tumoren te lokaliseren tijdens eierstokkankerchirurgie, door continue, real-time beeldvorming van de buik, met tumoren gemarkeerd door fluorescentie. Eerdere analyses hebben aangetoond dat overlevingspercentages sterk omgekeerd evenredig zijn met de hoeveelheid resterende tumormassa die bij de patiënt achterblijft tijdens debulking-operatie, maar veel eierstoktumoren zijn zo klein of verborgen dat chirurgen ze niet kunnen vinden.

Om de tumoren zichtbaar te maken, de onderzoekers ontwierpen chemische sondes met behulp van enkelwandige koolstofnanobuizen die fluorescerend licht uitstralen wanneer ze door een laser worden belicht. Ze bedekten deze nanobuisjes met een peptide dat bindt aan SPARC, een eiwit dat tot overexpressie wordt gebracht door zeer invasieve eierstokkankercellen. Deze sonde bindt zich aan de tumoren en laat ze fluoresceren op NIR-golflengten, waardoor chirurgen ze gemakkelijker kunnen vinden met fluorescentiebeeldvorming.

De onderzoekers testten het beeldgestuurde systeem bij muizen met ovariumtumoren geïmplanteerd in een gebied van de buikholte dat bekend staat als de intraperitoneale ruimte, en toonden aan dat chirurgen tumoren van slechts 0,3 millimeter konden lokaliseren en verwijderen. Tien dagen na de operatie, deze muizen hadden geen detecteerbare tumoren, terwijl muizen die de traditionele, niet-beeldgeleide chirurgie, had veel resterende tumoren gemist door de chirurg.

Drie weken na de operatie, veel van de tumoren waren teruggegroeid in de muizen die een beeldgeleide operatie ondergingen, maar die muizen hadden nog steeds een mediane overlevingskans die 40 procent langer was dan die van muizen die een traditionele operatie ondergingen.

Geen enkel ander beeldvormingssysteem zou tumoren kunnen lokaliseren die zo klein zijn tijdens een chirurgische ingreep, zeggen de onderzoekers.

"Je kunt een patiënt niet in een CT-machine of een MRI-machine hebben en de chirurg deze chirurgische debulking-procedure tegelijkertijd laten uitvoeren, en je kunt de patiënt niet blootstellen aan röntgenstraling gedurende meerdere uren van de lange operatie. Dit op optica gebaseerde beeldvormingssysteem stelt ons in staat dat op een veilige manier te doen, ' zegt Bardan.

Alessandro Santín, een professor in de verloskunde en gynaecologie en leider van het klinisch onderzoeksprogramma aan de Yale University School of Medicine, beschreef de resultaten als 'intrigerend'.

"Deze gegevens ondersteunen het mogelijke gebruik van dit nieuwe beeldvormingssysteem in de intraoperatieve setting voor de optische detectie van maligne restweefsel op het moment van chirurgische stadiëring, en/of cytoreductieve chirurgie bij patiënten met eierstokkanker, " zegt Santijn, die niet bij het onderzoek betrokken was.

Patiënten bewaken

Voor de meeste patiënten met eierstokkanker tumor debulking chirurgie wordt gevolgd door chemotherapie, dus de onderzoekers zijn nu van plan om nog een studie te doen waarbij ze de muizen behandelen met chemotherapie na beeldgeleide chirurgie, in de hoop te voorkomen dat de resterende kleine tumoren zich verspreiden.

"We weten dat de hoeveelheid tumor die wordt verwijderd op het moment van de operatie voor patiënten met eierstokkanker in een gevorderd stadium direct gecorreleerd is met hun uitkomst, Birrer zegt. "Met dit beeldvormingsapparaat kan de chirurg nu verder gaan dan de limieten van het verwijderen van tumoren die zichtbaar zijn voor het blote oog, en zou een nieuw tijdperk van effectieve debulking-chirurgie moeten inluiden."

Nu ze hebben aangetoond dat dit concept met succes kan worden toegepast op beeldvorming tijdens operaties, de onderzoekers hopen het systeem aan te passen voor gebruik bij menselijke patiënten.

"In principe, het is goed te doen, "zegt Siegel. "Op dit moment zijn het puur de mechanica en de financiering, omdat dit muisexperiment dient als het bewijs van het principe en misschien zelfs een grotere uitdaging was dan het bouwen van een systeem op menselijke schaal."

De onderzoekers hopen dit type beeldvorming ook in te zetten om patiënten na een operatie te monitoren, en uiteindelijk om het te ontwikkelen als een diagnostisch hulpmiddel voor het screenen van vrouwen met een hoog risico op het ontwikkelen van eierstokkanker.

"Een belangrijk aandachtspunt voor ons op dit moment is het ontwikkelen van de technologie om eierstokkanker vroeg te kunnen diagnosticeren, in fase 1 of fase 2, voordat de ziekte zich verspreidt, Belcher zegt. "Dat kan een enorme impact hebben op de overlevingskansen, omdat overleving gerelateerd is aan het stadium van detectie."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.