Patologisk validering af funktionel billeddannelse i hoved- og halspladecellekarcinom

BAGGRUND OG INDSTILLING

1.1. INTRODUKTION

Samtidig (kemo-) strålebehandling (CRT) er den nuværende standard for behandling af patienter med lokalt fremskreden hoved- og halspladecellekræft (HNSCC). Nærheden af ​​vigtige funktionelle strukturer med tumoren gør behandlingen dog yderst kompleks. Behandlingsrelateret toksicitet kan være alvorlig med xerostomi og dysfagi, der alvorligt komplicerer patientens livskvalitet. Brugen af ​​ændrede fraktioneringsplaner og/eller samtidig kemoterapi har resulteret i væsentlige gevinster i loko-regional kontrol, hvilket fører til betydelige forbedringer i den samlede overlevelse. Selvom prognosen for patienter behandlet med RT for lokalt fremskreden HNSCC konstant forbedres, er der stadig et højt antal lokoregionale svigt.

Ved at bruge meget konform strålebehandling kan efterforskerne øge det terapeutiske indeks ved at give højere doser til de mere radioresistente dele af tumoren, samtidig med at de opretholder eller endda reducerer dosis til det omgivende væv. Funktionel billeddannelse kan hjælpe os med at definere disse radioresistente undervolumener og hjælpe os med at afgrænse bruttotumorvolumenet (GTV) bedre i fremtiden. Positron-emissionstomografi (PET), diffusionsvægtet magnetisk resonansbilleddannelse (DWI) og dynamisk kontrastforstærket MR (DCE-MRI) kan give os yderligere indsigt i tumorens underliggende biologiske og mikrostrukturelle karakteristika. Men i øjeblikket er efterforskerne ikke sikre på, hvordan de skal fortolke de forskellige billeddannelsesparametre opnået fra disse funktionelle billeddannelsesmodaliteter. Derfor ønsker efterforskerne at korrelere billeddannelsesparametrene med tumorens patologiske karakteristika. På den anden side ønsker efterforskerne at korrelere GTV defineret på de funktionelle billeddannelsesmodaliteter med den patologiske GTV, og se om disse modaliteter kan hjælpe os med at afgrænse GTV mere præcist i fremtiden.

1.2. BILLEDMODALITETER

1.2.1. FDG-Positron Emission Tomography (FDG-PET)

Øget glukosemetabolisme er et grundlæggende kendetegn ved mange maligne tumorer, herunder HNSCC. Positron-emissionstomografi (PET) efter injektion af radioaktivt mærket 2'-fluordeoxyglucose (18F-FDG) kan hjælpe os med at måle og kvantificere dette stofskifte i tumorer ved hjælp af den standardiserede optagelsesværdi (SUV). Adskillige undersøgelser har korreleret høj SUV før behandling med signifikant dårligere resultat i HNSCC. Desuden ser det ud til, at de fleste lokale gentagelser forekommer inden for den FDG-PET definerede GTV. Den molekylære base for dette er ikke fuldstændigt forstået.

Prolifererende tumorceller forbruger glucose med høj hastighed og frigiver laktat og ikke CO2. På denne måde udelader de den mitokondrierdrevne oxidative phosphorylering af glukose fra produktionen af ​​ATP (=Warburg-effekt). Adskillige molekylære parametre er blevet forbundet med denne glykolytiske switch, såsom aktivering af den hypoxi-inducerede HIF1α og den øgede tilstedeværelse af GLUT glucosetransportproteiner. Indtil videre er der ikke fundet nogen klar sammenhæng mellem tilstedeværelsen af ​​hypoxi og FDG-optagelse.

1.2.2. Diffusionsvægtet magnetisk resonansbilleddannelse (DWI)

Diffusionsvægtet magnetisk resonansbilleddannelse (DWI) kan karakterisere væv baseret på den tilfældige forskydning af vandmolekyler. I biologiske væv er denne forskydning begrænset af underliggende vævsspecifikke barrierer, og denne forskel kan kvantificeres og visualiseres ved hjælp af tilsyneladende diffusionskoefficient (ADC) værdier. En undersøgelse på 165 patienter i vores center med HNSCC viste, at ADC-værdien før behandling er en stærk og uafhængig prognostisk faktor for resultatet. Patienter med en høj ADC-værdi reagerer dårligere på ioniserende stråling end patienter med en lavere ADC-værdi. Der er i øjeblikket ingen klar forklaring på, hvorfor tumorer med en højere cellulær tæthed er mere strålefølsomme end tumorer med en lav tæthed. En række mikroskopiske træk påvirker vanddiffusion i væv (tilstedeværelse af nekrose, cellulær tæthed, inflammation, integritet af cellulære membraner). Mange af disse påvirker også tumorernes radio- og kemosensitivitet.

1.2.3. Dynamisk kontrastforstærket magnetisk resonansbilleddannelse (DCE-MRI)

Dynamisk kontrastforstærket MR (DCE-MRI) er en ikke-invasiv billeddannelsesmodalitet, som er udviklet og evalueret til karakterisering af vævs vaskulære egenskaber. Tilstrækkelig iltforsyning er afgørende for effektiviteten af ​​ioniserende stråling. Imidlertid er tumorangiogenese langt fra perfekt, og nydannede kar viser permeabilitet, snoethed og en generelt dårlig funktionalitet. Disse vaskulære egenskaber kunne give os indsigt i tumorens aggressivitet og strålefølsomhed. Dynamisk computertomografi (CT) har vist, at perfusionsmålinger kan forudsige resultatet i hoved- og halskræft efter strålebehandling. Tilsvarende kvantitativ vurdering af DCE-MRI er også blevet korreleret med respons på ioniserende stråling hos patienter med HNSCC. Et nyligt forsøg på et begrænset antal patienter korrelerede visse DCE-MRI-parametre med intratumoral hypoxi. Der er dog indtil videre ikke foretaget nogen rumlig korrelation.

STUDIEMÅL

2.1. PRIMÆRE MÅL

Hovedformålet med denne undersøgelse er at korrelere DWI, DCE-MRI og FDG-PET med den rumlige fordeling af hypoxi hos patienter med hoved- og halskræft.

2.2. SEKUNDÆRE MÅL

A. At korrelere resultaterne af funktionel billeddannelse med iboende molekylære parametre, der viser proliferation, hypoxi og glukosemetabolisme.

B. At validere brugen af ​​hypoximarkørerne og 15-gen hypoxigenekspressionsklassifikatoren.

C. At sammenligne tumorvolumen som afledt af patologi med volumenerne afgrænset på de adskillige anatomiske og funktionelle billeddannelsesmodaliteter.

STUDERE DESIGN

Målgruppen for dette forsøg er patienter med et histologisk dokumenteret pladecellekræft i strubehovedet, egnet til operation, i stadie T3-4. Forud for behandling vil patienter gennemgå en FDG-PET/CT og MR med DW og DCE, dedikeret til optimal visualisering af den primære tumor og analyse. Billeddiagnostiske modaliteter vil blive udført så tæt på operationen som muligt (PET/CT en uge før operationen; MR en dag før operationen).

Forud for behandling vil tre skiver på billeddannelsesmodaliteterne blive udvalgt af en radiolog baseret på deres visuelle kvalitet og heterogenitet af funktionelle parametre. Disse områder af interesse vil blive sammenlignet med forskellige histopatologiske parametre på resektionsprøven. Radiologen vil også udvælge regioner baseret på DWI- og DCE-parametre, som mistænkes for at være hypoksiske. Fra disse områder vil der blive taget en biopsi.

Efter total laryngektomi vil resektionsprøven blive orienteret, og biopsimateriale vil blive opnået fra de områder i tumoren, der er blevet udvalgt på billeddannelsesmodaliteterne. Resten af ​​prøven vil blive fikseret i formaldehyd. For at tage højde for tumorens svind på grund af fiksering, vil resektionsprøven blive placeret i en papkasse med en agaroseopløsning og scannet med en MRI med T1w/T2-billeder. Ud fra dette vil en krympningsfaktor blive beregnet ved at sammenligne de afgrænsede T1- og T2-vægtede billeder.

Efter fiksering vil tumoren blive skåret op i makroskiver med en tykkelse på ca. 5 mm. På hver makroskive vil tumorvolumen blive afgrænset. Ved hjælp af dette vil det patologiske tumorvolumen blive bestemt under hensyntagen til den tidligere bestemte svindfaktor. Dette patologiske volumen vil blive sammenlignet med tumorvolumenet afgrænset på billeddannelsesmodaliteterne. På de forskellige præ-kirurgiske funktionelle billeddannelsesmodaliteter vil 4 separate observatører afgrænse GTV. De forskellige volumener vil blive sammenlignet, og overlapning vil blive beregnet efter 3D-prøverekonstruktion og registrering.

GTV opnået fra den funktionelle billeddannelse vil være korreleret med det patologiske tumorvolumen af ​​resektionsprøven. Denne information vil give os mere indsigt i den sande kraft af de undersøgte funktionelle billeddannelsesteknikker til at bestemme tumorvolumen. Dette er vigtigt for at vurdere, hvilken rolle funktionelle billeddiagnostiske modaliteter spiller i behandlingsplanlægning i fremtiden.

På de tre niveauer, valgt af radiologen på billeddannelsesmodaliteterne, vil der blive taget 4µm tykke skiver. På hvert niveau vil der blive udført en immunhistokemisk farvning (GLUT-1, CA-IX, HIF-1α, VEGF og KI 67 farvning vil blive udført).

IHC vil blive scoret i henhold til et semikvantitativt scoringssystem ved hjælp af en feltanalyse, hvor hvert felt vil blive tildelt en score på 1-4 i henhold til det omtrentlige område for immunfarvning (0:0%, 1:1-5%, 2:5- 15 %, 3: 15-30 % og 4: >30 %.