Интраоперационная флуоресцентная визуализация новообразований легких в ближнем инфракрасном свете

При хирургическом лечении раннего периферического рака легкого остается проблемой точная интраоперационная визуализация опухоли, определение границ опухолевого роста.

Введение.

Разработка методики и анализ первых результатов интраоперационной инфракрасной флуоресцентной диагностики периферических новообразований легких

Единственным зарегистрированным в России флуорофором, флуоресцирующим в ИК диапазоне, является индоцианин зеленый (ИЦЗ). ИЦЗ - неспецифический препарат, который при внутривенном введении связывается с белками и липопротеидами плазмы и накапливается в патологической ткани (опухоль, воспаление) благодаря EPR-эффекту (эффекту повышенной проницаемости и удержания) [5]. Предлагаемые в других странах технологии интраоперационной ИК-флуоресцентной визуализации - методика TumorGlow (десятикратное увеличение дозы ИЦЗ) [6, 7], использование пафо- лацианина (специфического флуорофора, взаимодействующего с альфа-рецептором фолата (FRa) на клетках различных злокачественных опухолей) [8-10] и некоторые другие в нашей стране неприменимы, в том числе по экономическим соображениям [11, 12].

Методы и материалы. 

В исследование включено 27 больных, 19 женщин и 8 мужчин, в возрасте от 39 до 79 лет (в среднем 66,2 года). Всем больным на предоперационном этапе выполнена КТ грудной, брюшной полости, малого таза с внутривенным контрастированием с толщиной среза 0,5-1,25 мм, гибкая бронхоскопия, а также эхокардиография, спирометрия. По показаниям выполнялись МРТ головного мозга, сцинтиграфия костей скелета, позитронно-эмиссионная томография, комплексное исследование функции внешнего дыхания, кардиореспираторное нагрузочное тестирование. Решение об операции принималось на мультидисциплинарном консилиуме.

Исследование одобрено локальным этическим комитетом и соответствует требованиям Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (в ред. 2013 г.). Критериями включения больных в исследование являлись:

наличие у больного доказанного гистологически или заподозренного рентгенологически (при КТ) периферического злокачественного поражения легкого;

проведение анатомической или атипичной (с диагностической целью) резекции легкого путем торакотомии;

письменное добровольное информированное согласие больного на оперативное вмешательство и участие в исследовании.

Критерии исключения:

проведение противоопухолевого неоадьювантного лечения;

выполнение операции с использованием торакоскопического доступа.

Методика флуоресцентной диагностики.

Система визуализации.

 В нашем опыте использовалась отечественная система флуоресцентной визуализации в ближнем ИК диапазоне при проведении открытых операций «MMC SCOPE ICG» (регистрационный номер медицинского изделия Г004-00110-00/03650267), которая была апробирована ранее, показала свою эффективность и удобство в работе [13, 14]. Отличительной особенностью системы является возможность количественного измерения интенсивности флуоресценции. В начале исследования проводилась калибровка системы по входящему в ее состав контрольному образцу, интенсивность флуоресценции которого принималась за 10000 у. е. Измерение диагностического контраста (ДК) проводилось в реальном времени путем вычисления отношения интенсивности флуоресценции в новообразовании к интенсивности флуоресценции в здоровой легочной паренхиме в соседнем с новообразованием участке легкого.

Методика введения флуорофора. Раствор флуорофора готовили по следующей методике: лиофилизат ИЦЗ 25 мг/фл разводился в 25 мл 20 % альбумина человека. Такая модификация флуорофора основана на результатах собственных и зарубежных исследований [15, 16]. Полученный раствор вводился внутривенно струйно в периферическую вену примерно за 60 мин до планируемой флуоресцентной визуализации.

Интраоперационная оценка и оценка ex vivo. Сразу после выполнения торакотомии хирург и ассистенты осматривали и тщательно пальпировали легкое, выявляли планируемые к удалению очаги. Как минимум двумя членами операционной бригады регистрировалось отсутствие других пальпируемых внутрилегочных очагов. Затем свет в операционной выключался, камеру для флуоресцентной визуализации располагали над раной на расстоянии 40 см (система оборудована лазерными метками для калибровки расстояния). Проводилась визуализация первичного очага в свете флуоресценции и одновременно в отраженном белом свете, помогающим осуществлять анатомическую привязку

особенностей флуоресцентной картины. Флуоресцентная визуализация новообразования считалась положительной при значении ДК более 2 [17]. Далее в свете флуоресценции осматривались другие участки легкого. При выявлении дополнительного (непальпируемого) очага флуоресценции его границы маркировались кисетным швом. Затем включали свет в операционной, операцию продолжали по стандартному плану. После извлечения препарата с опухолью из грудной полости последний оценивался повторно в свете флуоресценции ex vivo, в том числе путем рассечения легочной паренхимы и патологического очага. Затем препарат помещался в 10 % раствор нейтрального буферного формалина и направлялся для патоморфологического исследования с использованием унифицированного протокола, заключающегося в нанесении параллельных продольных срезов шириной 4 мм по всей ткани легкого с последующим фотографированием полученных срезов, морфологическим изучением основного опухолевого очага, а также дополнительно маркированных очагов, краев резекции бронха и сосудов, лимфатических узлов.

Результаты.

 В общей сложности у 27 пациентов выявлено при КТ 31 новообразование легкого (в среднем 1,15 очага у одного больного): у 25 больных выявлен 1 очаг, у 1 - 2 опухолевых очага в разных долях одного легкого и у 1 - 4 опухолевых очага в одной доле. Средний размер очагов по результатам предоперационной КТ в «легочном окне» составил 4,1 см (от 1,2 до 7,1 см). Выполнено 25 лобэктомий, 3 краевые резекции легкого у 2 больных (всего 27 операций). По результатам патоморфологического исследования очаги представлены аденокарциномой легкого в 22 наблюдениях (70,5 %), гамартомой - в 3 наблюдениях (10 %), крупноклеточным раком - в 2 наблюдениях (6,5 %), плоскоклеточным раком - в 2 наблюдениях (6,5 %), очагом гранулематозного воспаления - в 1 наблюдении (3,25 %), аденосквамозным раком - в 1 наблюдении (3,25 %). У 4 больных установлено наличие метастазов в лимфатических узлах средостения (N2), у 3 - метастазов в прикорневых лимфатических узлах (N1).

Среднее время, затраченное на проведение интраоперационной флуоресцентной диагностики, составляло 2,5 мин (от 2 до 5 мин). Для оценки удаленного препарата ex vivo требовалось от 10 до 30 мин, продолжительность зависела от наличия или отсутствия флуоресцирующих очагов, их числа и необходимости дополнительной маркировки зоны интереса.

Никаких нежелательных явлений в процессе проведения флуоресцентной диагностики не возникло.

Интраоперационно флуоресцировали 10 новообразований из 31 (32%) у 9 пациентов из 27 (33%) с диагностическим контрастом более 2. Гистологически флуоресцирующие очаги представлены умереннодифференцированной аденокарциномой (3 больных), низкодифференцированной аденокарциномой (1 больной), инвазивной муцинозной аденокарциномой (1 больной), ангиофиброзной гамартомой (2 больных), плоскоклеточным раком (1 больной), очагом гранулематозного воспаления (1 больной).

При анализе в условиях ex vivo флуоресцировало больше очагов, чем интраоперационно - 21 новообразование из 31 (68 %) у 20 пациентов из 27 (74 %): умереннодифференцированная аденокарцинома (13 очагов, 62 %), гамартома (3 очага, 14 %),

инвазивная немуцинозная аденокарцинома (1 очаг, 5 %), плоскоклеточный рак (1 очаг, 5 %), гранулематозное воспаление (1 очаг, 5 %), крупноклеточный рак (1 очаг, 5 %), низкодифференцированная аденокарцинома (1 очаг, 5 %). Во всех этих наблюдениях значение ДК было в диапазоне от 2,0 до 3,0, причем степень ДК не зависела от характера новообразования (злокачественное или доброкачественное).

Несмотря на тщательный анализ флуоресцентной картины ex vivo, в том числе и рассечение патологических очагов, не отмечено флуоресценции в 10 новообразованиях из 31 (32 %).

Проведено сопоставление клинических и гистологических параметров 21 флуоресцирующего и 10 нефлуоресцирующих новообразований легких (таблица).

При сравнении параметров флуоресцирующих и нефлуоресцирующих очагов не выявлено корреляции между наличием флуоресценции с диагностическим контрастом 2 и более и гистологической структурой новообразований, размером новообразований, а также расстоянием от висцеральной плевры до новообразования. Наличие инвазии висцеральной плевры, которая имела место у 15 больных злокачественной опухолью легкого, также не оказывало влияния на интенсивность флуоресценции. Ни в одном наблюдении поверхностно расположенные новообразования по типу «матового стекла» (n=2) не флуоресцировали. Гистологически данные опухоли были представлены аденокарциномой со стелющимся типом роста.

Помимо новообразований, о которых было известно до операции, у 7 больных интраоперационно и ex vivo «неожиданно» выявлен 21 непальпируемый дополнительный очаг флуоресценции в тех же долях, которые содержали «основные» новообразования. Расстояние от края «основных» новообразований до «неожиданных» очагов составляло от 0,3 см до 6 см (в среднем 2,6 см), размеры этих очагов флуоресценции - от 0,5 до 10 мм (в среднем 6 мм).

При гистологическом исследовании в 17 таких очагах никаких специфических изменений не было выявлено, обнаружены участки дистелектазов, макрофагальной и лимфоцитарной инфильтрации, скопления гемосидерофагов, участки пневмосклероза. Но в 4 очагах у 3 больных выявлены злокачественные опухоли, ДК в них составил 2,0-2,7. В 2 наблюдениях у больных аденокарциномой легкого в новых, «неожиданно» флуоресцирующих участках, также выявлены аденокарциномы; размеры основных опухолей составили 3,7*3,6 см и 3,0*3,7 см, размеры вновь выявленных очагов 5 мм и 3 мм (рис. 4). Еще у 1 больного аденокарциномой легкого размером 17^16 мм в двух «неожиданно» флуоресцирующих участках установлено наличие типичных карциноидов размерами 0,8 и 0,5 мм. Так как во всех этих наблюдениях выполнялась лобэктомия, необходимости в изменении объема операции в связи с результатами флуоресцентной диагностики не возникло.

Обсуждение.

Применение технологии ИК флуоресцентной диагностики позволило достичь визуализации новообразований у 74 % пациентов. Наличие флуоресценции свидетельствовало о значимом накоплении введенного системно флуорофора в патологической ткани при отсутствии накопления в здоровой легочной паренхиме. В качестве флуоро- фора нами использована смесь ИЦЗ с альбумином человека. Такое сочетание характеризуется существенным усилением флуоресценции по сравнению с водным раствором ИЦЗ, что обосновано результатами соответствующих исследований [18, 19]. Причем концентрация ИЦЗ, вводимая внутривенно в нашем исследовании, была существенно ниже количества препарата, используемого в аналогичных работах зарубежными коллегами [20-22].

Относительно невысокий процент интраоперационной флуоресцентной визуализации новообразований (32 % новообразований у 33 % больных) в сравнении с оценкой ex vivo можно объяснить сложностью оценки всей легочной паренхимы ввиду низкой степени мобильности долей легкого, сложностью вывести патологический участок легкого в рану под нужным углом, ригидностью грудной стенки. Сама по себе флуоресценция не может считаться диагностически значимой при отсутствии существенного диагностического контраста, который, по результатам других исследований, не должен быть ниже 2,0 [17].

Чрезвычайно важной находкой стала визуализация флуоресценции 4 КТ-негативных и непальпируемых опухолевых очагов у 3 пациентов, оказавшихся злокачественными опухолями (аденокарцинома, типичный карциноид). 

Эффективность исследуемой методики подтверждается возможностью выявления очагов опухолевого поражения легкого размером от 0,5 мм. Не вполне ясна клиническая значимость таких ранних опухолей, а также их характер (первичная или вторичная опухоль?), но само по себе наличие «неожиданного» мелкого опухолевого поражения легкого позволяет лучше оценить особенности опухолевого роста злокачественных опухолей легкого. Подобные наблюдения описаны и в ряде других зарубежных исследований [23, 24].

Сложно сформулировать логичное объяснение яркой флуоресценции неопухолевых очагов легких, таких как гамартома, гранулематозное воспаление. Вероятно, это связано с нарушением архитектоники кровеносных и лимфатических сосудов, однако такая трактовка требует дополнительного анализа.

Важным ограничением, влияющим на эффективность интраоперационной флуоресцентной диагностики, является глубина залегания опухоли. Поражение висцеральной плевры, как ни странно, не способствует флуоресценции, что, возможно, связано с наличием фиброзной перестройки плевры над поверхностью опухоли. Вероятно, для более эффективного выявления опухолей необходима дополнительная модификация флуорофора с целью большего его накопления в патологической опухолевой ткани и повышения ДК.

Выводы.

 Метод флуоресцентной интраоперационной диагностики является безопасным и информативным, позволяет визуализировать внутрилегочные новообразования, а также выявить Rg-негативные опухолевые очаги у 11 % больных. Это первое исследование данной технологии в Российской Федерации, перспективы метода могут быть связаны с разработкой новых модификаций флуорофоров.

ЛИТЕРАТУРА

Клинические рекомендации «Злокачественное новообразование бронхов и легкого» / Ассоциация онкологов России, Общероссийская общественная организация «Российское общество клинической онкологии». 2022.

Cui F., Liu J., Du M. et al. Expert consensus on indocyanine green fluorescence imaging for thoracoscopic lung resection (The Version 2022). Translational lung cancer research. 2022. Vol. 11, № 11. P. 2318-2331. 

Wong L. Y., Lui N. S. Intraoperative Molecular Imaging of Lung Cancer. Thoracic surgery clinics. 2023. Vol. 33. P. 227-232

Papayan G., Akopov A. Potential of indocyanine green near-infrared fluorescence imaging in experimental and clinical practice. Photodiagnosis and photodynamic therapy. 2018. Vol. 24. P. 292-299. 

Jun W. The Enhanced Permeability and Retention (EPR) Effect: The Significance of the Concept and Methods to Enhance Its Application.

Akopov A. L. et al.Journal of personalized medicine. 2021. Vol. 11. P. 771. 

Newton A. D., Predina J. D., Nie S. et al. Intraoperative fluorescence imaging in thoracic surgery. Journal of surgical oncology. 2018. Vol. 118, № 2. P. 344-355. 

Lui N. S., Singhal S. Intraoperative Molecular Imaging of Lung Cancer: A Review. Surgical oncology clinics of North America. 2022. Vol. 31, № 4. P. 685-693.

Sarkaria I. S., Martin L. W., Rice D. C. et al. ELUCIDATE Study Group. Pafolacianine for intraoperative molecular imaging of cancer in the lung: The ELUCIDATE trial. The Journal of thoracic and cardiovascular surgery. 2023. Vol. 166, № 6. P. e468-e478. 

Rice D., Singhal S., Niemeyer E. et al. Intraoperative Molecular Imaging With Pafolacianine in Resection of Occult Pulmonary Malignancy in the ELUCIDATE Trial. The Annals of thoracic surgery. 2025. Vol. 120, № 2. P. 294-301. 

Sarkaria I. S., Biro T. G., Singhal S. et al. Intraoperative Molecular Imaging With Pafolacianine: Histologic Characteristics of Identified Nodules. Clinical lung cancer. 2025. Vol. 26, № 2. P. 104-115. https:// doi.org/10.1016/j.cllc.2024.11.004.

Акопов А. Л., Папаян Г. В., Федотова Д. А. Интраоперационная флюоресцентная визуализация периферических опухолей легких в ближнем инфракрасном диапазоне. Хирургия. Журнал им. Н. И. Пирогова. 2024. № 1. С. 79-85. 

Gkikas A., Lampridis S., Patrini D. et al. How effective is indocyanine green (ICG) in localization of malignant pulmonary nodules? A systematic review and meta-analysis. Frontiers in Surgery. 2022. Vol. 9. P. 967897. 

Папаян Г. В., Струй А. В. Первый отечественный прибор для ICG- флуоресцентной навигации при выполнении открытых операций. Учебно-методическое пособие под ред. проф. В. А. Кащенко. СПб: ИЗД-ВО. 2022. С. 23-28.

Акопов А. Л., Папаян Г. В., Дворецкий С. Ю. и др. Флуоресцентная ангиография в профилактике несостоятельности пищеводно-желудочного анастомоза. Учебно-методическое пособие под ред. проф. В. А. Кащенко. СПб : ИЗД-ВО. 2022. С. 42-49.

Папаян Г. В., Чефу С. Г., Петрищев Н. Н. и др. Возможность использования конъюгата индоцианина зеленого с альбумином для инфракрасной флуоресцентной диагностики патологических процессов в эксперименте. Вопросы онкологии. 2016. Т. 62, № 6. С. 838-44.

Li Y., Dai C., Hua Z. et al. A human serum albumin-indocyanine green complex offers improved tumor identification in fluorescence-guided surgery. Translational cancer research. 2024. Vol. 13, № 1. P. 437-452. 

Singhal S., Azari F., Azari S. United States Patent Application Publication US 2025/0057426 A1 Computer-implemented methods and associated systems for detecting malignancy.

Li X., Fu Yu., Ma L. et al. Spectrometric Study on the Interaction of Indocyanine Green with Human Serum Albumin. Chem. Res. Chin. Univ. 2016. Vol. 32, № 3. P. 343-347. 

An F., Yang Z., Zheng M. et al. Rationally assembled albumin/ indocyanine green nanocomplex for enhanced tumor imaging to guide photothermal therapy. Journal of nanobiotechnology. 2020. Vol. 18, № 1. P. 49.

Predina J. D., Newton A. D., Corbett C. et al. A Clinical Trial of TumorGlow to Identify Residual Disease During Pleurectomy and Decortication. The Annals of thoracic surgery. 2019. Vol. 107, № 1. P. 224-232. 

Newton A. D., Predina J. D., Corbett C. J. et al. Optimization of Second Window Indocyanine Green for Intraoperative Near-Infrared Imaging of Thoracic Malignancy. Journal of the American College of Surgeons. 2019. Vol. 228, № 2. P. 188-197. 

Hamaji M., Chen-Yoshikawa T. F., Minami M., Date H. Near-Infrared Imaging Using Intravenous Indocyanine Green at a Conventional Dose to Locate Pulmonary Metastases: A Pilot Study. The Journal of thoracic and cardiovascular surgery. 2019. Vol. 67, № 8. P. 688-691.

Kennedy G. T., Azari F. S., Bernstein E. et al. Targeted Intraoperative Molecular Imaging for Localizing Nonpalpable Tumors and Quantifying Resection Margin Distances. JAMA surgery. 2021. Vol. 156, № 11. P. 1043-1050. 

Azari F., Zhang K., Kennedy G. T. et al. Precision Surgery Guided by Intraoperative Molecular Imaging. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine. 2022. Vol. 63, № 11. P. 16201627.

Информация об авторах:

Акопов Андрей Леонидович, доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой клинической анатомии и оперативной хирургии имени профессора М. Г. Привеса, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова (Санкт-Петербург, Россия),

Папаян Гарри Вазгенович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Центра лазерной медицины, лаборатория экспериментальных исследований, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова, старший научный сотрудник НИО микроциркуляции и метаболизма миокарда, Национальный медицинский исследовательский центр им. В. А. Алмазовa (Санкт-Петербург, Россия), 

Струй Андрей Владимирович, младший научный сотрудник Центра лазерной медицины, лаборатория экспериментальных исследований, Первый Санкт- Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова (Санкт-Петербург, Россия),

 Дворецкий Сергей Юрьевич, доктор медицинских наук, зав. отделением торакальной хирургии, доцент кафедры хирургии госпитальной с клиникой, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова (Санкт-Петербург, Россия), ORCID: 0000-0001 -9500-1716; Федотова Дарья Алексеевна, врач-торакальный хирург онкологического отделения № 4, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова (Санкт-Петербург, Россия)

 Байков Вадим Валентинович, доктор медицинских наук, зав. кафедрой патологической анатомии с патологоанатомическим отделением, руководитель научно-клинического центра патоморфологии, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова (Санкт-Петербург, Россия),

Агишев Алексей Сергеевич, кандидат медицинских наук, врач-торакальный хирург онкологического отделения № 4, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова (Санкт-Петербург, Россия),

Корита Павел Владимирович, кандидат медицинских наук, врач-патологоанатом, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова (Санкт-Петербург, Россия),

Загидуллина Алина Руслановна, студент 6 курса лечебного факультета, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова (Санкт-Петербург, Россия),