Patologická validace funkčního zobrazení u spinocelulárního karcinomu hlavy a krku

POZADÍ A NASTAVENÍ

1.1. ÚVOD

Souběžná (chemo) radioterapie (CRT) je současný standard péče o pacienty s lokálně pokročilým spinocelulárním karcinomem hlavy a krku (HNSCC). Blízkost důležitých funkčních struktur s nádorem činí léčbu velmi složitou. Toxicita související s léčbou může být závažná s xerostomií a dysfagií, které vážně komplikují kvalitu života pacienta. Použití změněných frakcionačních schémat a/nebo souběžné chemoterapie vedlo k podstatnému zlepšení lokoregionální kontroly, což vedlo k významnému zlepšení celkového přežití. Přestože se prognóza pacientů léčených RT pro lokálně pokročilé HNSCC neustále zlepšuje, stále existuje vysoký počet lokoregionálních selhání.

Použitím vysoce konformní radioterapie mohou výzkumníci zvýšit terapeutický index podáváním vyšších dávek do radiorezistentnějších částí nádoru při zachování nebo dokonce snížení dávky do okolních tkání. Funkční zobrazování nám může pomoci definovat tyto radiorezistentní podobjemy a pomoci nám v budoucnu lépe vymezit hrubý objem nádoru (GTV). Pozitronová emisní tomografie (PET), difúzně vážená magnetická rezonance (DWI) a dynamická kontrastní magnetická rezonance (DCE-MRI) nám mohou poskytnout další pohled na základní biologické a mikrostrukturální charakteristiky nádoru. V tuto chvíli si však vyšetřovatelé nejsou jisti, jak interpretovat různé zobrazovací parametry získané z těchto funkčních zobrazovacích modalit. Vyšetřovatelé proto chtějí korelovat zobrazovací parametry s patologickými charakteristikami nádoru. Na druhé straně chtějí vyšetřovatelé korelovat GTV definovanou na funkčních zobrazovacích modalitách s patologickou GTV a zjistit, zda nám tyto modality mohou pomoci v budoucnu přesněji vymezit GTV.

1.2. ZOBRAZOVACÍ MODALITY

1.2.1. FDG-pozitronová emisní tomografie (FDG-PET)

Zvýšený metabolismus glukózy je základní charakteristikou mnoha maligních nádorů, včetně HNSCC. Pozitronová emisní tomografie (PET) po injekci radioaktivně značené 2' fluorodeoxyglukózy (18F-FDG) nám může pomoci měřit a kvantifikovat tento metabolismus v nádorech pomocí standardizované hodnoty vychytávání (SUV). Několik studií korelovalo vysoké SUV před léčbou s významně horšími výsledky u HNSCC. Navíc se zdá, že většina lokálních recidiv se vyskytuje v rámci FDG-PET definovaného GTV. Molekulární základ pro toto není zcela objasněn.

Proliferující nádorové buňky spotřebovávají glukózu vysokou rychlostí a uvolňují laktát, nikoli CO2. Tímto způsobem vynechávají mitochondriemi řízenou oxidativní fosforylaci glukózy z produkce ATP (=Warburgův efekt). S tímto glykolytickým přepínačem bylo spojeno několik molekulárních parametrů, jako je aktivace hypoxií indukovaného HIFla a zvýšená přítomnost glukózových transportních proteinů GLUT. Dosud nebyla nalezena jasná korelace mezi přítomností hypoxie a vychytáváním FDG.

1.2.2. Difúzně vážená magnetická rezonance (DWI)

Difúzně vážená magnetická rezonance (DWI) může charakterizovat tkáně na základě náhodného přemístění molekul vody. V biologických tkáních je toto vytěsnění omezeno základními tkáňově specifickými bariérami a tento rozdíl lze kvantifikovat a vizualizovat pomocí hodnot zdánlivého difúzního koeficientu (ADC). Studie na 165 pacientech v našem centru s HNSCC prokázala, že hodnota ADC před léčbou je silným a nezávislým prognostickým faktorem výsledku. Pacienti s vysokou hodnotou ADC reagují na ionizující záření hůře než pacienti s nižší hodnotou ADC. V současnosti neexistuje jasné vysvětlení, proč jsou nádory s vyšší buněčnou hustotou citlivější na radioaktivitu než nádory s nízkou hustotou. Difuzivitu vody v tkáni ovlivňuje řada mikroskopických znaků (přítomnost nekrózy, buněčná hustota, zánět, integrita buněčných membrán). Mnohé z nich také ovlivňují radio- a chemosenzitivitu nádorů.

1.2.3. Zobrazování magnetickou rezonancí se zvýšeným dynamickým kontrastem (DCE-MRI)

Dynamická kontrastní magnetická rezonance (DCE-MRI) je neinvazivní zobrazovací modalita, která byla vyvinuta a hodnocena pro charakterizaci vaskulárních vlastností tkání. Pro účinnost ionizujícího záření je nezbytný dostatečný přísun kyslíku. Nádorová angiogeneze však není zdaleka dokonalá a nově vytvořené cévy vykazují permeabilitu, tortuozitu a obecně špatnou funkčnost. Tyto vaskulární vlastnosti by nám mohly poskytnout pohled na agresivitu a radiosenzitivitu nádoru. Dynamická počítačová tomografie (CT) prokázala, že měření perfuze může předpovědět výsledek u rakoviny hlavy a krku po radioterapii. Podobně kvantitativní hodnocení DCE-MRI také korelovalo s odpovědí na ionizující záření u pacientů s HNSCC. Nedávná studie na omezeném počtu pacientů korelovala určité parametry DCE-MRI s intratumorální hypoxií. Dosud však nebyla provedena žádná prostorová korelace.

STUDIJNÍ CÍLE

2.1. PRIMÁRNÍ CÍLE

Hlavním cílem této studie je korelovat DWI, DCE-MRI a FDG-PET s prostorovou distribucí hypoxie u pacientů s karcinomem hlavy a krku.

2.2. SEKUNDÁRNÍ CÍLE

A. Korelovat výsledky funkčního zobrazování s vnitřními molekulárními parametry znázorňujícími proliferaci, hypoxii a metabolismus glukózy.

B. Ověřit použití markerů hypoxie a 15genového klasifikátoru exprese genu hypoxie.

C. Porovnat objem nádoru odvozený z patologie s objemy vyznačenými na několika anatomických a funkčních zobrazovacích modalitách.

STUDOVAT DESIGN

Cílovou skupinou pro tuto studii jsou pacienti s histologicky prokázaným spinocelulárním karcinomem hrtanu, způsobilí k operaci, ve stádiu T3-4. Před léčbou pacienti podstoupí FDG-PET/CT a MRI s DW a DCE, určené pro optimální vizualizaci primárního nádoru a analýzu. Zobrazovací modality budou provedeny co nejblíže k operaci (PET/CT jeden týden před operací; MRI jeden den před operací).

Před léčbou budou radiologem vybrány tři řezy na zobrazovacích modalitách na základě jejich vizuální kvality a heterogenity funkčních parametrů. Tyto oblasti zájmu budou porovnány s různými histopatologickými parametry na resekčním vzorku. Radiolog také vybere oblasti na základě parametrů DWI a DCE, u kterých je podezření, že jsou hypoxické. Z těchto oblastí bude odebrána biopsie.

Po totální laryngektomii bude resekční vzorek orientován a bioptický materiál bude získán z oblastí v nádoru, které byly vybrány na zobrazovacích modalitách. Zbytek vzorku bude fixován ve formaldehydu. Aby se zohlednilo zmenšení tumoru v důsledku fixace, resekční vzorek bude umístěn do kartonové krabice s agarózovým roztokem a naskenován pomocí MRI s T1w/T2 snímky. Z toho bude vypočítán faktor smrštění porovnáním ohraničených T1 a T2 vážených obrazů.

Po fixaci bude nádor rozřezán na makrořezy o tloušťce asi 5 mm. Na každém makrořezu bude vyznačen objem nádoru. Pomocí toho bude určen patologický objem nádoru s přihlédnutím k dříve stanovenému smršťovacímu faktoru. Tento patologický objem bude porovnán s objemem nádoru vyznačeným na zobrazovacích modalitách. Na různých předoperačních funkčních zobrazovacích modalitách vymezí GTV 4 samostatní pozorovatelé. Různé objemy budou porovnány a po 3D rekonstrukci a registraci vzorku bude vypočítán přesah.

GTV získaná z funkčního zobrazení bude korelována s patologickým objemem nádoru v resekčním vzorku. Tyto informace nám poskytnou bližší pohled na skutečnou sílu zkoumaných funkčních zobrazovacích technik při určování objemu nádoru. To je důležité pro posouzení role funkčních zobrazovacích modalit při plánování léčby v budoucnosti.

Na třech úrovních, které zvolí radiolog na zobrazovacích modalitách, budou odebrány plátky o tloušťce 4 µm. Na každé úrovni bude provedeno imunohistochemické barvení (bude provedeno barvení GLUT-1, CA-IX, HIF-la, VEGF a KI 67).

IHC se bude skórovat podle semikvantitativního skórovacího systému pomocí analýzy pole, kde každému poli bude přiřazeno skóre 1-4 podle přibližné oblasti imunobarvení (0:0 %, 1:1-5 %, 2: 5- 15 %, 3: 15-30 % a 4: >30 %.