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Erschienen in:

01.12.2014 | Translational Research and Biomarkers

Near-Infrared Fluorescence Imaging of Both Colorectal Cancer and Ureters Using a Low-Dose Integrin Targeted Probe

verfasst von: Floris P. R. Verbeek, MSc, Joost R. van der Vorst, MD, Quirijn R. J. G. Tummers, MD, Martin C. Boonstra, BSc, Karien E. de Rooij, PhD, Clemens W. G. M. Löwik, PhD, A. Rob P. M. Valentijn, PhD, Cornelis J. H. van de Velde, MD, PhD, Hak Soo Choi, PhD, John V. Frangioni, MD, PhD, Alexander L. Vahrmeijer, MD, PhD

Erschienen in: Annals of Surgical Oncology | Sonderheft 4/2014

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Abstract

Background

Irradical tumor resections and iatrogenic ureteral injury remain a significant problem during lower abdominal surgery. The aim of the current study was to intraoperatively identify both colorectal tumors and ureters in subcutaneous and orthotopic animal models using cRGD-ZW800-1 and near-infrared (NIR) fluorescence.

Methods

The zwitterionic fluorophore ZW800-1 was conjugated to the tumor specific peptide cRGD (targeting integrins) and to the a-specific peptide cRAD. One nmol cRGD-ZW800-1, cRAD-ZW800-1, or ZW800-1 alone was injected in mice bearing subcutaneous HT-29 human colorectal tumors. Subsequently, cRGD-ZW800-1 was injected at dosages of 0.25 and 1 nmol in mice bearing orthotopic HT-29 tumors transfected with luciferase2. In vivo biodistribution and ureteral visualization were investigated in rats. Fluorescence was measured intraoperatively at several time points after probe administration using the FLARE imaging system.

Results

Both subcutaneous and orthotopic tumors could be clearly identified using cRGD-ZW800-1. A significantly higher signal-to-background ratio was observed in mice injected with cRGD-ZW800-1 (2.42 ± 0.77) compared with mice injected with cRAD-ZW800-1 or ZW800-1 alone (1.21 ± 0.19 and 1.34 ± 0.19, respectively) when measured at 24 h after probe administration. The clearance of cRGD-ZW800-1 permitted visualization of the ureters and also generated minimal background fluorescence in the gastrointestinal tract.

Conclusions

This study appears to be the first to demonstrate both clear tumor demarcation and ureteral visualization after a single intravenous injection of a targeted NIR fluorophore. As a low dose of cRGD-ZW800-1 provided clear tumor identification, clinical translation of these results should be possible.

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Vahrmeijer AL, Frangioni JV. Seeing the invisible during surgery. Br J Surg. 2011;98:749–50.PubMedCentralPubMedCrossRef

Selzman AA, Spirnak JP. Iatrogenic ureteral injuries: a 20-year experience in treating 165 injuries. J Urol. 1996;155:878–81.PubMedCrossRef

Delacroix SE, Jr., Winters JC. Urinary tract injuries: recognition and management. Clin Colon Rectal Surg. 2010;23:221.PubMedCentralPubMedCrossRef

Preston JM. Iatrogenic ureteric injury: common medicolegal pitfalls. BJU Int. 2000;86:313–7.PubMedCrossRef

Frangioni JV. In vivo near-infrared fluorescence imaging. Curr Opin Chem Biol. 2003;7:626–34.PubMedCrossRef

Vahrmeijer AL, Hutteman M, van der Vorst JR, van de Velde CJ, Frangioni JV. Image-guided cancer surgery using near-infrared fluorescence. Nat Rev Clin Oncol. 2013;10:507–18.PubMedCentralPubMedCrossRef

Pleijhuis RG, Graafland M, deVJ, Bart J, deJong JS, vanDam GM. (2009) Obtaining adequate surgical margins in breast-conserving therapy for patients with early-stage breast cancer: current modalities and future directions. Ann Surg Oncol. 16:2717–30.PubMedCentralPubMedCrossRef

Oliveira S, van Dongen GA, Stigter-van WM, Roovers RC, Stam JC, Mali W, et al. Rapid visualization of human tumor xenografts through optical imaging with a near-infrared fluorescent anti-epidermal growth factor receptor nanobody. Mol Imaging. 2012;11:33–46.PubMed

Themelis G, Harlaar NJ, Kelder W, Bart J, Sarantopoulos A, van Dam GM, et al. Enhancing surgical vision by using real-time imaging of alphavbeta3-integrin targeted near-infrared fluorescent agent. Ann Surg Oncol. 2011;18:3506–13.PubMedCrossRef

10.

Heath CH, Deep NL, Sweeny L, Zinn KR, Rosenthal EL. Use of panitumumab-IRDye800 to image microscopic head and neck cancer in an orthotopic surgical model. Ann Surg Oncol. 2012;19:3879–87.PubMedCentralPubMedCrossRef

11.

Metildi CA, Tang CM, Kaushal S, Leonard SY, Magistri P, Tran Cao HS, et al. (2013) In vivo fluorescence imaging of gastrointestinal stromal tumors using fluorophore-conjugated anti-KIT antibody. Ann Surg Oncol. 20:693–700.PubMedCentralPubMedCrossRef

12.

van der Vorst JR, Hutteman M, Mieog JS, de Rooij KE, Kaijzel EL, Löwik CW, et al. Near-infrared fluorescence imaging of liver metastases in rats using indocyanine green. J Surg Res. 2011;174:266–71.PubMedCentralPubMedCrossRef

13.

Keereweer S, Mol IM, Vahrmeijer AL, VanDriel PB, BaatenburgdeJong RJ, Kerrebijn JD, et al. (2012) Dual wavelength tumor targeting for detection of hypopharyngeal cancer using near-infrared optical imaging in an animal model. Int J Cancer. 131:1633–40.PubMedCrossRef

14.

Wu Y, Cai W, Chen X. Near-infrared fluorescence imaging of tumor integrin alpha v beta 3 expression with Cy7-labeled RGD multimers. Mol Imaging Biol. 2006;8:226–36.PubMedCentralPubMedCrossRef

15.

Choi HS, Gibbs SL, Lee JH, Kim SH, Ashitate Y, Liu F, et al. Targeted zwitterionic near-infrared fluorophores for improved optical imaging. Nat Biotechnol. 2013;31:148–53.PubMedCrossRef

16.

Metildi CA, Kaushal S, Luiken GA, Talamini MA, Hoffman RM, Bouvet M. (2013) Fluorescently labeled chimeric anti-CEA antibody improves detection and resection of human colon cancer in a patient-derived orthotopic xenograft (PDOX) nude mouse model. J Surg Oncol. doi:10.1002/jso.23507.PubMed

17.

Bunschoten A, Buckle T, Visser N, Kuil J, Yuan H, Josephson L, et al. Multimodal interventional molecular imaging of tumor margins and distant metastases using the integrin a_vB₃ expression. ChemBioChem. 2012;13:1039–45.PubMedCentralPubMedCrossRef

18.

Tucker GC. Integrins: molecular targets in cancer therapy. Curr Oncol Rep. 2006;8:96–103.PubMedCrossRef

19.

Barczyk M, Carracedo S, Gullberg D. Integrins. Cell Tissue Res. 2010;339:269–80.PubMedCentralPubMedCrossRef

20.

Ruoslahti E. RGD and other recognition sequences for integrins. Annu Rev Cell Dev Biol. 1996;12:697–715.PubMedCrossRef

21.

Hood JD, Cheresh DA. Role of integrins in cell invasion and migration. Nat Rev Cancer. 2002;2:91–100.PubMedCrossRef

22.

Vonlaufen A, Wiedle G, Borisch B, Birrer S, Luder P, Imhof BA. Integrin alpha(v)beta(3) expression in colon carcinoma correlates with survival. Mod Pathol. 2001;14:1126–32.PubMedCrossRef

23.

Vonlaufen A, Wiedle G, Borisch B, Birrer S, Luder P, Imhof BA. Integrin alpha(v)beta(3) expression in colon carcinoma correlates with survival. Mod Pathol. 2001;14:1126–32.PubMedCrossRef

24.

Max R, Gerritsen RR, Nooijen PT, Goodman SL, Sutter A, Keilholz U, et al. Immunohistochemical analysis of integrin alpha vbeta3 expression on tumor-associated vessels of human carcinomas. Int J Cancer. 1997;71:320–4.PubMedCrossRef

25.

Axelsson R, Bach-Gansmo T, Castell-Conesa J, McParland BJ. An open-label, multicenter, phase 2a study to assess the feasibility of imaging metastases in late-stage cancer patients with the alpha(v)beta(3)-selective angiogenesis imaging agent (99m)Tc-NC100692. Acta Radiol. 2010;51:40–6.PubMedCrossRef

26.

Huang R, Vider J, Kovar JL, Olive DM, Mellinghoff IK, Mayer-Kuckuk P, et al. Integrin αvbeta3-targeted IRDye 800CW near-infrared imaging of glioblastoma. Clin Cancer Res. 2012;18:5731–40.PubMedCentralPubMedCrossRef

27.

Edwards WB, Akers WJ, Ye Y, Cheney PP, Bloch S, Xu B, et al. Multimodal imaging of integrin receptor-positive tumors by bioluminescence, fluorescence, gamma scintigraphy, and single-photon emission computed tomography using a cyclic RGD peptide labeled with a near-infrared fluorescent dye and a radionuclide. Mol Imaging. 2009;8:101–10.PubMedCentralPubMed

28.

Beer AJ, Kessler H, Wester HJ, Schwaiger M. PET imaging of integrin alphaVbeta3 expression. Theranostics. 2011;1:48–57.PubMedCentralPubMedCrossRef

29.

Harlaar NJ, Kelder W, Sarantopoulos A, Bart J, Themelis G, van Dam GM, et al. Real-time near infrared fluorescence (NIRF) intra-operative imaging in ovarian cancer using an alpha(v)beta(3-)integrin targeted agent. Gynecol Oncol. 2013;128:590–5.PubMedCrossRef

30.

Beer AJ, Haubner R, Sarbia M, Goebel M, Luderschmidt S, Grosu AL, et al. Positron emission tomography using [¹⁸F]galacto-RGD identifies the level of integrin alpha(v)beta3 expression in man. Clin Cancer Res. 2006;12:3942–9.PubMedCrossRef

31.

Beer AJ, Niemeyer M, Carlsen J, Sarbia M, Nährig J, Watzlowik P, et al. Patterns of alphavbeta3 expression in primary and metastatic human breast cancer as shown by ¹⁸F-galacto-RGD PET. J Nucl Med. 2008;49:255–9.PubMedCrossRef

32.

Schnell O, Krebs B, Carlsen J, Miederer I, Goetz C, Goldbrunner RH, et al. Imaging of integrin alpha(v)beta(3) expression in patients with malignant glioma by [¹⁸F] galacto-RGD positron emission tomography. Neuro Oncol. 2009;11:861–70.PubMedCentralPubMedCrossRef

33.

Choi HS, Nasr K, Alyabyev S, Feith D, Lee JH, Kim SH, et al. Synthesis and in vivo fate of zwitterionic near-infrared fluorophores. Angew Chem Int Ed Engl. 2011;50:6258–63.PubMedCentralPubMedCrossRef

34.

Pohle K, Notni J, Bussemer J, Kessler H, Schwaiger M, Beer AJ. 68 Ga-NODAGA-RGD is a suitable substitute for (¹⁸F)-galacto-RGD and can be produced with high specific activity in a cGMP/GRP compliant automated process. Nucl Med Biol. 2012;39:777–84.PubMedCrossRef

35.

Tseng W, Leong X, Engleman E. Orthotopic mouse model of colorectal cancer. J Vis Exp. 2007;(10):484.PubMed

36.

Troyan SL, Kianzad V, Gibbs-Strauss SL, Gioux S, Matsui A, Oketokoun R, et al. The FLARE intraoperative near-infrared fluorescence imaging system: a first-in-human clinical trial in breast cancer sentinel lymph node mapping. Ann Surg Oncol. 2009;16:2943–52.PubMedCentralPubMedCrossRef

37.

Intes X, Ripoll J, Chen Y, Nioka S, Yodh AG, Chance B. In vivo continuous-wave optical breast imaging enhanced with indocyanine green. Med Phys. 2003;30:1039–47.PubMedCrossRef

38.

Keereweer S, Mol IM, Kerrebijn JD, VanDriel PB, Xie B, BaatenburgdeJong RJ, et al. (2012) Targeting integrins and enhanced permeability and retention (EPR) effect for optical imaging of oral cancer. J Surg Oncol. 105:714–8.PubMedCrossRef

39.

Arias JL. Drug targeting strategies in cancer treatment: an overview. Mini Rev Med Chem. 2011;11:1–17.PubMedCrossRef

40.

Maeda H, Wu J, Sawa T, Matsumura Y, Hori K. Tumor vascular permeability and the EPR effect in macromolecular therapeutics: a review. J Control Release. 2000;65:271–84.PubMedCrossRef

41.

Fang J, Nakamura H, Maeda H. The EPR effect: Unique features of tumor blood vessels for drug delivery, factors involved, and limitations and augmentation of the effect. Adv Drug Deliv Rev. 2011;63:136–51.PubMedCrossRef

42.

Verbeek FP, van der Vorst JR, Schaafsma BE, Swijnenburg RJ, Gaarenstroom KN, Elzevier HW, et al. Intraoperative near infrared fluorescence guided identification of the ureters using low dose methylene blue: a first in human experience. J Urol. 2013;190:574–9.PubMedCentralPubMedCrossRef

43.

Sherwinter DA. Identification of anomolous biliary anatomy using near-infrared cholangiography. J Gastrointest Surg. 2012;16:1814–5.PubMedCrossRef

44.

Verbeek FP, Schaafsma BE, Tummers QR, van der Vorst JR, van der Made WJ, Baeten CI, et al. Optimization of near-infrared fluorescence cholangiography for open and laparoscopic surgery. Surg Endosc. 2013 (in press).

45.

Beer AJ, Haubner R, Goebel M, Luderschmidt S, Spilker ME, Wester HJ, et al. Biodistribution and pharmacokinetics of the alphavbeta3-selective tracer ¹⁸F-galacto-RGD in cancer patients. J Nucl Med. 2005;46:1333–41.PubMed

46.

Haubner R, Wester HJ, Weber WA, Mang C, Ziegler SI, Goodman SL, et al. Noninvasive imaging of alpha(v)beta3 integrin expression using ¹⁸F-labeled RGD-containing glycopeptide and positron emission tomography. Cancer Res. 2001;61:1781–5.PubMed

47.

US Department of Health and Human Services, Center for Drug Evaluation and Research. Guidance for industry, investigators, and reviewers exploratory IND studies. Rockville, MD: US Department of Health and Human Services; 2006.

48.

Scheuer W, van Dam GM, Dobosz M, Schwaiger M, Ntziachristos V. Drug-based optical agents: infiltrating clinics at lower risk. Sci Transl Med. 2012; 4: 134ps11.PubMedCrossRef

Titel: Near-Infrared Fluorescence Imaging of Both Colorectal Cancer and Ureters Using a Low-Dose Integrin Targeted Probe
verfasst von: Floris P. R. Verbeek, MSc
Joost R. van der Vorst, MD
Quirijn R. J. G. Tummers, MD
Martin C. Boonstra, BSc
Karien E. de Rooij, PhD
Clemens W. G. M. Löwik, PhD
A. Rob P. M. Valentijn, PhD
Cornelis J. H. van de Velde, MD, PhD
Hak Soo Choi, PhD
John V. Frangioni, MD, PhD
Alexander L. Vahrmeijer, MD, PhD
Publikationsdatum: 01.12.2014
Verlag: Springer US
Erschienen in: Annals of Surgical Oncology / Ausgabe Sonderheft 4/2014
Print ISSN: 1068-9265
Elektronische ISSN: 1534-4681
DOI: https://doi.org/10.1245/s10434-014-3524-x

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