PH-sensitive MR-baserede resektioner af glioblastom

Vi har tidligere behandlet vanskeligheden ved at identificere tumor i ikke-forstærkende (NE) T2 hyperintense regioner, der omgiver den kontrastforstærkende masse af tumor. 19 Vi har anvendt pH-følsomme amin-kemiske udvekslingsmætningsoverførsels-ekkoplanar imaging (CEST-EPI) til patienter med glioblastom. CEST-billeddannelse kan bruge påvisning af hurtigt udskiftende aminprotoner til at opnå en billedkontrast, der er afhængig af vævssyreindhold. Bulkvandprotoner gennemgår kemisk udveksling med aminprotoner. CEST-billeddannelse detekterer dæmpningen af ​​bulkvandmagnetisering efter en mætningsimpuls, som kan variere afhængigt af koncentrationen af ​​aminprotoner. Denne kontrast kan kvantificeres som asymmetrien i magnetiseringsoverførselsforholdet (MTrasym) i forhold til vandprotonresonansfrekvensen. Tumorceller er kendt for at producere forhøjede niveauer af ekstracellulært hydrogen, givet 1) en højere metabolisk hastighed sekundært til øget celleomsætning og 2) en affinitet til anaerob glykolyse - Warburg-effekten. Vi har vist aktiv tumorbyrde og aktiv replikation, der forekommer i infiltrerende glioblastomceller. og dermed udnyttede CEST-billeddannelse til at visualisere infiltrerende tumorceller. 19 Ved nyligt diagnosticeret og tilbagevendende glioblastom, højere median MTRasym ved 3 ppm inden for CEST+ NE-regioner p=0,007; p=0,0326] og højere volumener af CEST+ NE-tumor [p=0,020; p<0,001] var forbundet med nedsat PFS. Prospektive MRI-guidede biopsier af CEST+ NE-regioner viste en korrelation med tilstedeværelsen af ​​celletæthed og %Ki-67-positivitet [p<0,001, p<0,001]. Desuden, ved at bruge patologisk diagnose som guldstandarden, så vi en tærskel på MTRasym > 1,50% for at kunne identificere tumorceller med en sensitivitet på 100% og specificitet på 71,4%. I upublicerede data med yderligere prøver kun fra nyligt diagnosticeret WHO IV glioblastom, var den beregnede sensitivitet og specificitet 100 % ved brug af neuropatologisk gennemgang som guldstandard. Ved anvendelse af enkeltcellet RNA-sekventering (scRNAseq) påvisning af tumorceller via kopiantalvariationsanalyse som guldstandarden, fra 17 biopsier i CEST+ NE-regioner, identificerede den samme tærskel på 1,50 % tumorceller med en sensitivitet på 93 % og specificitet på 100 %. I betragtning af den stærke korrelation mellem tumorceller og CEST+ NE-regioner har vi foreløbige udført CEST+ NE-resektioner på 5 patienter med nyligt diagnosticeret WHO IV glioblastom. I disse foreløbige data fandt vi ingen signifikante postoperative komplikationer med de større resektioner (figur 6B). Alle patienter modtog standardbehandling adjuverende terapi (temozolomid + strålebehandling), og ingen af ​​patienterne har oplevet progression (median PFS 13 måneder). Med disse data antager vi, at maksimal sikker resektion af CEST+ NE-regioner vil minimere den post-kirurgiske tumorcellebyrde og give mulighed for øget overlevelse.

Eksperimentel tilgang. Vi vil udføre et prospektivt, randomiseret kontrolleret forsøg med kirurgisk resektion af glioblastom med pH-følsom amin CEST-EPI. Patienter vil blive indskrevet af mig på UCLA Ronald Reagan Medical Center. UCLA afdelingen for neurokirurgi hjernetumorprogram er et højt volumen neuro-onkologisk center. Vi gennemfører over 300 operationer for gliom på årsbasis, vi har et CAST-akkrediteret neuro-onkologisk stipendium, og vi har en SPORE-bevilling i hjernetumorer. På baggrund af denne historie finder vi det muligt at rekruttere 60 patienter over 3 år (15 om året) til at deltage i dette forsøg. Vi vil rekruttere patienter med billeddiagnostik i overensstemmelse med WHO grad IV glioblastom. 51 Jeg giver direkte informeret samtykke til at deltage i forsøget sammen med informeret samtykke til selve operationen. Forud for randomisering vil alle patienter gennemgå præoperativ medicinsk clearance og standard præoperativ medicinadministration (levetiracetam 100 mg to gange dagligt og dexamethason 4 mg tre gange dagligt). Alle patienter vil gennemgå præoperativ standard anatomisk MRI 52 inden for 1 uge efter operationen (3T Siemens Prisma, Siemens Healthcare, Erlangen, Tyskland). MRI-sekvenser vil omfatte: 1 mm 3D inversion-recover gradient genkaldte ekkobilleder før og efter injektion af gadolinium kontrast (Gd-DTPA, 0,1 mmol/kg) og dual-echo proton density T2-vægtede turbo spin ekkobilleder. pH-vægtet amin CEST ekko plan MRI27 opnås (synsfelt: 256 x 256 mm2, matrixstørrelse: 128 x 128, skivetykkelse 4 mm, scanningstid: ca. 5 minutter).

Billeddata vil blive downloadet fra PACS-serveren til laboratorieservere til efterbehandling og analyse (figur 7). Dette vil bestå af affin bevægelseskorrektion (mcflirt; FSL, FMRIB, Oxford, UK) og registrering til anatomisk T1 med kontrastbilleder. MTRasym vil blive beregnet for alle voxels af CEST-sekvenser. Al yderligere billedanalyse vil blive udført på AFNI (Software til analyse og visualisering af funktionelle magnetiske resonans neurobilleder). 53 For at opnå områder af interesse baseret på MTRasym-abnormitet, vil vi først identificere CE-tumor ved en voxel-for-voxel-subtraktion af billedintensiteten af ​​T1 uden kontrast fra T1 med kontrast. 16 Ved hjælp af en intensitetstærskel vil CE blive segmenteret, og for tumorer med nekrotisk eller cystisk kerne vil disse blive udfyldt for at opnå CE-tumorregioner af interesse (ROI). Dette ROI vil blive udvidet volumetrisk for at opnå NE ROI. NE ROI vil blive co-registreret til MTRasym-kort og filtreret efter minimumsværdi 1,5, som har vist sig at forudsige tilstedeværelsen af ​​tumorceller med høj sensitivitet og specificitet. 19 Endelig vil CE ROI blive trukket fra NE ROI filtreret for unormale MTRasym-værdier for at give en CEST+ NE-region af tumoren (figur 7). Inden operationen vil forsøgspersonerne blive randomiseret. Patienter randomiseret til den eksperimentelle arm vil få CEST+ NE-segmenteringer uploadet til intraoperative objekter ved hjælp af vores intraoperative neuronavigationssoftware (BrainLab Surgical Navigation System, München, Tyskland). Patienter, der er randomiseret til standard-of-care-armen, vil få standard MRI w/wo kontrastsekvenser uploadet til den intraoperative neuronavigationssoftware. Under operationen vil jeg udføre standard-of-care-resektion af den kontrastforstærkende del af tumor (standard-of-care-arm) eller standard-of-care-resektion plus maksimal sikker kirurgisk resektion af CEST+NE-regioner (eksperimentel arm). Maksimal sikker kirurgisk resektion inkluderer fuldstændig undgåelse af veltalende (motorisk, sprog) væv. Standard postoperativ behandling vil blive udført hos alle patienter. Adjuverende terapi vil omfatte standard-of-care synkron oral temozolomid (6 uger) og strålebehandling 60 Gy over 30 fraktioner til resektionskaviteten. Standard MR med og uden kontrast vil blive brugt som overvågningsbilleddannelse, og RANO kriterier vil blive brugt til at bestemme recidiv. Primært endepunkt vil være progressionsfri overlevelse, og sekundære endepunkter vil være overordnet overlevelse, kirurgiske komplikationsfrekvens og livskvalitetsforskelle målt ved præ- og postoperativ karnofsky præstationsskala.

Statistisk Plan. Ved at bruge vores foreløbige data om CEST+ NE-resektioner og median PFS (6 måneder) for vores større 10-årige kohorte af patienter med nyligt diagnosticeret glioblastom, beregnede vi en stikprøvestørrelse på 60 for at give en kraft på 95 % til at detektere en meningsfuld 6 måneders forskel i PFS på et signifikansniveau på 0,05. Kliniske karakteristika forbundet med overlevelse (alder, præoperativ KPS) vil blive sammenlignet ved hjælp af uafhængige prøve t-tests for at vurdere for bias trods randomisering. Multivariate cox og log rank tests vil blive brugt til at sammenligne overlevelsesresultater. Uafhængige prøve chi-kvadrede tests vil blive brugt til at sammenligne forskelle i kirurgiske komplikationsfrekvens og postoperative karnofsky præstationsskalaændringer.