Predikce metastázy nádoru pomocí radiomického modelu fúze cílového orgánu/primární léze

Metastázy jsou důležitým biologickým znakem maligních nádorů a jsou také hlavním faktorem ovlivňujícím výsledek onkologických pacientů. Přímou smrtí většiny pacientů s rakovinou je hromadný účinek metastatických lézí nebo ztráta funkce metastatického cílového orgánu. Proto se stalo jedním z naléhavých a náročných úkolů v oblasti onkologie prozkoumat patofyziologický mechanismus metastázování maligních nádorů a nalézt nové cíle pro vytvoření nových metod pro časnou diagnostiku a léčbu metastáz nádoru.

Metastázy nádoru jsou kontinuální a postupný proces. Nádorové buňky v primárním nádoru proliferovaly, nádorové buňky se uvolnily z primárního nádoru, napadly bazální membránu, napadly krevní cévy, lymfatické cévy nebo tělní dutinu a migrovaly do jiného místa nebo orgánu s průtokem krve a lymfy. Nádorové buňky přilnuly na kapiláry cílového orgánu, pronikly do krevních cév za vzniku mikrometastáz, buněčné proliferace a produkovaly nové krevní cévy a vytvořily sekundární nádory stejného typu jako primární nádor. Mohou napadnout a znovu metastázovat. V procesu metastázování podporují genové mutace a následné změny v imunogenicitě nádorových buněk tvorbu lokálního inhibičního mikroprostředí nádorové tkáně, které potlačuje imunitní systém hostitele a vede k metastázování nádoru.

Předchozí studie zjistily, že nádorové metastázy mají orgánovou specifitu, nazývanou „Organ-tropismus“. To znamená, že různé typy nádorů mají tendenci metastázovat do různých orgánů. Například rakovina plic často metastázuje do mozku, rakovina tlustého střeva a konečníku a rakovina slinivky běžně metastázují do jater, rakovina prsu a rakovina prostaty běžně metastázují do kostí a tak dále. Stephen Paget, britský patolog, proto před více než sto lety předložil a rozpracoval svou „teorii semen a půdy“, v níž obhajoval, že metastázy vyžadují šíření nádorových buněk, tedy „semen“, a ideální prostředí pro příjem orgánů, tedy „úrodné půdy“. V této teorii navrhl, že úspěšné metastázování do vzdálených orgánů vyžaduje nejen nádorové buňky s metastatickým potenciálem (semena), ale také vhodný hostitelský orgán (půdu). Během progrese nádoru jsou složení a fenotypové typy imunitních buněk v mikroprostředí nádoru formovány jak maligními buňkami, tak i nikou přilehlých tkání. Metastatické nádory (semena) si zachovají genetické vlastnosti, když jsou přeneseny do různých orgánově specifických tkáňových prostředí (půdy). Nestačí, aby nádorové buňky dosáhly určité orgánové tkáně, ale vyžaduje také koordinaci mezi nádorovými buňkami (semeny) a orgánovým mikroprostředím (půda), aby se zasadily a rostly ve vhodném prostředí (půdě) a staly se metastatickými ložisky. V "teorii osiva a půdy" bylo prokázáno, že vnitřní vlastnosti semen ovlivňují různé klíčové procesy přenosu. Na druhou stranu, jen málo studií se zaměřilo na vztah mezi vnitřními vlastnostmi půdy (cílového orgánu) a tvorbou metastáz maligního nádoru, jedním z hlavních důvodů je, že často není etické provádět invazivní výzkum na cílovém orgánu pacientů bez metastáz.

Radiomika je nově vznikající obor, který vyvíjí nové biomarkery prostřednictvím kvantitativní analýzy zobrazovacích vyšetřovacích obrazů pacientů, které mohou neinvazivním způsobem studovat a analyzovat potenciální patofyziologické charakteristiky zájmových oblastí. Předchozí studie ukázaly, že radiomické studie semen (primárních nádorů) mohou předpovídat metastázy mnoha maligních nádorů, což zakládá radiomický důkaz pro teorii „semen a půdy“ z pohledu semen. Radiomické studie z pohledu půdy (cílového orgánu pro metastázy) jsou však vzácné. Vezmeme-li jako příklad mozkové metastázy rakoviny plic, většina existujících radiomických studií využívajících informace ze zobrazování mozku hodnotí pouze oblasti, kde se vyskytly mozkové metastázy. Vzhledem k tomu, že radiomika může také extrahovat biologické rysy z cílových orgánů, které dosud nemetastazovaly, naše skupina zjistila, že radiomická analýza snímků MRI mozku před léčbou pacientů s rakovinou plic bez výchozích mozkových metastáz může účinně předpovídat pravděpodobnost mozkových metastáz v určitém období čas. Tato studie také poprvé odhalila, že cílový orgán bez metastáz (půda) hraje také klíčovou roli ve výskytu metastáz maligního nádoru.

Výsledky této studie také naznačují, že model predikce malignity odvozený z radiomik by mohl být slibným nástrojem pro screening pacientů s vysokým rizikem nádorových metastáz. Integrované modely predikce rizik, které berou v úvahu charakteristiky osiva a půdy, mohou pomoci vést klinickou praxi (např. důslednější sledování vysoce rizikových pacientů nebo použití intenzivnější systémové léčby).

Závěrem je nutné dále prozkoumat použitelnost tohoto radiomického modelu založeného na semenné a půdní teorii pro predikci rakoviny, aby se ověřila jeho univerzálnost a vyhlídky na klinické použití. V této studii budeme shromažďovat zobrazovací informace o výchozích primárních lézích pacientů a potenciálních metastatických cílových orgánech u různých běžných nádorů (rakovina plic, kolorektální karcinom, rakovina prsu atd.). Prozkoumat výkon radiomického modelu „semena a půdy“ při předpovídání vzorců metastáz rakoviny (mozkové metastázy rakoviny plic, jaterní metastázy rakoviny tlustého střeva a konečníku, metastázy plic rakoviny prsu), s cílem vytvořit neinvazivní, nákladově efektivní a efektivní radiomický predikční model pro rozlišení "vysokorizikových" a "nízkorizikových" metastáz rakoviny u odpovídajících typů rakoviny. Poskytnout teoretický základ pro další tvorbu individualizovaných diagnostických a léčebných standardů pro pacienty se zhoubnými nádory.