Met het IKnife diagnosticeren tijdens het snijden

Bij het verwijderen van een tumor is het voor een chirurg niet altijd even makkelijk om zeker te weten of alle kankercellen zijn verwijderd. Te veel gezond weefsel weghalen is natuurlijk niet wenselijk, en bij orgaanweefsel is het sparen ervan zelfs van levensbelang. Het ‘intelligente mes’, oftewel iKnife, kan hierin een belangrijke rol spelen in de toekomst.

Dr. Tiffany Porta is een expert op het gebied van massaspectrometrie imaging en klinische diagnostiek, in het kort een methode om klinisch relevante moleculen te kunnen lokaliseren en identificeren in weefsel. Ze is gepromoveerd aan de universiteit van Genève en in 2014 naar Nederland gekomen om zich verder te specialiseren. In 2016 is ze benoemd tot universitair docent aan de universiteit van Maastricht. Zij leidt de groep Translational Research en Clinical Imaging/Diagnostics van Maastricht MultiModal Molecular Imaging Institute (M4I) dat zich richt op het ontwikkelen en toepassen van nieuwe strategieën om de klinische diagnostiek te verbeteren. De iKnife-technologie, die is bedacht door prof. Zoltan Takats van het Imperial College in Londen, is een van deze innovaties. Sinds de komst van het onderzoeksinstituut M4I, onder leiding van prof. dr. Ron Heeren, in 2015 naar Maastricht wordt deze technologie verder ontwikkeld in nauwe samenwerking met de Universitaire afdeling Chirurgie van prof. dr. Steven Olde Damink. Dr. Porta licht de techniek en de ontwikkelingen van de laatste vijf jaar toe. 

Waarom het IKnife? 

Kanker is de belangrijkste doodsoorzaak wereldwijd, met meer dan 14 miljoen nieuwe gevallen en meer dan 8 miljoen sterfgevallen per jaar. De meeste patiënten krijgen nog steeds een standaardbehandeling en veel kankersoorten zijn nog steeds niet te genezen. In 80% van de gevallen is chirurgische verwijdering van de tumor de enige behandeling, op voorwaarde dat de diagnose vroeg genoeg is gesteld. Of het tumorweefsel volledig verwijderd is tijdens zo’n operatie, wordt door de chirurg visueel beoordeeld, en het is best een uitdaging om dit goed te doen. Het gebruik van het iKnife kan de chirurg helpen om te beoordelen of het tumorweefsel goed verwijderd is. Doordat het iKnife gebruikmaakt van massaspectrometrie, kan het in de operatiekamer al beoordelen/ classificeren of het om tumor- of gezond weefsel gaat. 

Hoe werkt het IKnife? 

De belangrijkste techniek achter het iKnife is rapid evaporative ionization mass spectrometry (REIMS). Dit werkt onder atmosferische druk en kan worden gecombineerd met elk chirurgisch instrument (bijvoorbeeld elektrochirurgie of laser) dat aërosolen kan vrijmaken uit het weefsel waarin wordt gesneden. Deze rook bevat weefselspecifieke moleculen die het onderscheid weergeven tussen de tumor en het omliggende weefsel. Deze gegevens zijn meestal niet beschikbaar voor het blote oog van de chirurg. Het verbrande weefsel wordt door het iKnife ter plekke geanalyseerd en vergeleken met de moleculaire informatie die wij eerder hebben opgeslagen in een database. Dus de chirurg diagnosticeert terwijl hij aan het snijden is en bepaalt of hij in tumorweefsel of gezond weefsel zit. Het grote voordeel van deze methode is dat bestaande chirurgische apparaten, zoals bijvoorbeeld de laser, niet aangepast hoeven te worden. Ook de chirurgische procedure blijft hetzelfde en chirurgen hebben geen extra training nodig om de operatie uit te voeren. Op dit moment worden weefselgegevens en classificatiemodellen ex vivo gebouwd en wordt de validatie uitgevoerd op basis van histologisch onderzoek door deskundige pathologen. 

Wat zijn de toepassingen van het IKnife?

Binnen M4I en in samenwerking met het MUMC+ wordt het gebruik van intra-operatieve massaspectrometrie op verschillende kankersoorten toegepast, waaronder: lever met colorectale metastasen, borstkanker, kankers van de hoofd-halsregio en sarcomen van de zachte weefsels. Er wordt nu ook een onderzoekslijn gestart naar de toepassing op bot en kraakbeen met behulp van chirurgische lasers. Dit wordt ook gebruikt in combinatie met de REIMS-technologie. Ook voorzien we in het vermogen om botgenezing vast te stellen na een trauma en/of voorspelling van posttraumatische complicaties. 

Wat is het voordeel van het IKnife ten opzichte van de huidige procedure?

Momenteel is een nauwkeurige diagnose van tumoren tijdens de operatie een uitdaging. Om de aanwezigheid van een kwaadaardige tumor te beoordelen, is nu nog de routineprocedure dat het weefsel worden onderzocht door de patholoog. 

Een patholoog snijdt er een heel dun plakje van en gooit daar een kleurstof bij. Dat kleurt de celkernen blauw en de eiwitten eromheen rood. Op basis van de vorm en dichtheid van de cellen bepaalt de patholoog of het gezond of tumorweefsel is. 

In het beste geval worden de resultaten binnen 30 minuten bekendgemaakt aan de chirurg, maar het kan ook zijn dat deze resultaten pas na enkele dagen beschikbaar zijn. Het kan dus zijn dat, lang nadat de chirurgische ingreep is voltooid, blijkt dat de resectie onvolledig is. Deze situatie is verre van ideaal voor de patiënt, die mogelijk een extra operatie moet ondergaan. Met onze technologie wordt het mogelijk om op het moment van de operatie en binnen enkele seconden het weefsel te beoordelen. 

Wordt het IKnife al gebruikt tijdens in-vivo chirurgie?

Ja, de technologie wordt al in vivo gebruikt tijdens operaties voor onderzoeksdoeleinden. In december 2018 zijn we begonnen met het verzamelen van deze gegevens in vivo tijdens operaties in Maastricht in het MUMC+ en wordt de weefseldatabank gebouwd die nodig is voor de classificatie. Tot nu toe zijn de moleculaire profielen die tijdens deze operaties worden verzameld vergelijkbaar met de profielen die in het laboratorium zijn verzameld. Deze resultaten zijn veelbelovend en zouden kunnen leiden tot goedkeuring van klinische implementatie in de nabije toekomst. Aan het Imperial College London zijn ze zelfs een jaar geleden al begonnen met de eerste klinische test voor resectie van de borsttumoren.