Hyperpolarisierte Xenon-Gas-MR-Bildgebung in der NSCLC-Strahlentherapie

Die Überlebensraten bei Lungenkrebs sind schlecht. Die Ein-Jahres-Überlebensrate beträgt im Vereinigten Königreich für Männer 27 % und für Frauen 30 % und fällt nach fünf Jahren auf weniger als 10 %. Die Prognose für Lungenkrebs ist so schlecht, weil über zwei Drittel der Patienten in einem späten Stadium diagnostiziert werden, wenn eine kurative Behandlung nicht möglich ist. Eine frühzeitige Diagnose und Beurteilung der Verträglichkeit einer kurativen Behandlung würde die Überlebensraten signifikant beeinflussen.

Histologisch handelt es sich bei etwa 80 % des Lungenkrebses um nicht-kleinzelligen Lungenkrebs (NSCLC). Die wichtigste kurative Behandlung für NSCLC ist die Operation. Radikale Strahlentherapie und Chemoradiotherapie sind weitere potenziell kurative Behandlungen. Diese eignen sich für Patienten mit lokalisierten Tumoren, die aufgrund einer Beteiligung kritischer lokaler Strukturen chirurgisch nicht resezierbar sind, oder einer medizinisch inoperablen Erkrankung aufgrund fortgeschrittenen Alters oder Komorbiditäten. Die Strahlentherapie zielt darauf ab, dem Tumor eine hohe tumorizide Dosis zuzuführen, ohne das umgebende normale Lungengewebe zu schädigen. Eine hohe Strahlentherapiedosis verbessert die lokale Kontrolle, birgt jedoch das Risiko, toxische Wirkungen im normalen Lungengewebe hervorzurufen. Wenn die strahleninduzierte Lungentoxizität besser vorhergesagt und überwacht werden könnte, könnte eine radikale Strahlentherapie auf den Einzelnen zugeschnitten werden, was auch den Vorteil haben könnte, dass die Strahlendosis für funktionelles Lungengewebe vermieden oder reduziert wird.

Die derzeitige Beurteilung von Patienten für eine Strahlentherapie beinhaltet Lungenfunktionsmessungen, um einen klinischen Indikator dafür zu liefern, ob der Patient die Behandlung tolerieren würde oder nicht und eine ausreichend funktionierende Lunge nach der Behandlung aufrechterhalten würde, um die Aktivitäten des täglichen Lebens ohne signifikante Beeinträchtigung fortzusetzen. Der aktuelle Goldstandard zur Beurteilung der Lungenfunktion ist die Spirometrie und der Gastransfer. Spirometrie und Gastransfer messen die globale Lungenfunktion, liefern jedoch keine Informationen über die verschiedenen Regionen der Lunge oder über das Stützgerüst der Lunge, das Parenchym. Änderungen der Lungenfunktion, gemessen durch Spirometrie oder Gastransfer, korrelieren nicht kohärent mit den Symptomen Schweregrad oder eine Verschlechterung der Gesundheit des Patienten widerspiegeln. Diese schwache Beziehung ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die Lunge ein komplexes regionales Organ ist, in dem lokalisierte Störungen einer Vielzahl von Faktoren, einschließlich Gasfluss (Ventilation), Blutfluss (Perfusion) und Gastransfer, alle kombiniert werden, um die Atemfunktion zu beeinträchtigen.

Um diese Probleme anzugehen, zielen wir darauf ab, hyperpolarisiertes Xenongas (Xe129) Magnetresonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT) zu verwenden, um detaillierte regionale und strukturelle Lungenanomalien bei Patienten mit NSCLC zu beschreiben. Die Prüfärzte korrelieren diese Technik mit Basislinien-Spirometrie- und Dyspnoe-Scores, um festzustellen, ob die respiratorische Verträglichkeit der Strahlentherapie durch hyperpolarisierte Xe129-MR-Bildgebung besser vorhergesagt werden kann. Die Ermittler werden die hyperpolarisierte Xe129-MRT mit der Standardbildgebung (nuklearmedizinische Scans) vergleichen. Die Forscher werden auch Veränderungen in der hyperpolarisierten Xe129-MR-Bildgebung vor, während und nach der Strahlentherapie untersuchen, um festzustellen, ob sie eine verbesserte Beurteilung von strahleninduzierten Lungenschäden ermöglicht. Die MRT hat den Vorteil, dass sie frei von ionisierender Strahlung ist, was sie sicher und praktisch für Krankheiten wie Lungenkrebs macht, bei denen wiederholte Nachuntersuchungen erforderlich sind. Die MR-Bildgebung hat im Vergleich zu CT und Lungenszintigraphie eine verbesserte Bilderfassungsgeschwindigkeit und bietet das Potenzial einer dynamischen Beurteilung der Lunge während der Atmung. Bei der konventionellen MRI stammt das Signal hauptsächlich von den Protonen in Wassermolekülen von Geweben. Daher hat die herkömmliche MRI bei Atemwegserkrankungen einen begrenzten Nutzen, da die Lunge eine sehr geringe Protonendichte aufweist und stattdessen größtenteils aus Lufträumen besteht, die kein MR-Signal erzeugen. Hyperpolarisierte Edelgase können dieses Problem lösen. Xenon (Xe129) ist ein unreaktives oder inertes Edelgas. Es hat einen Kernspin von ½, was die Verwendung in der MR-Bildgebung zur Erzeugung eines Signals ermöglicht. Xe129 ist hyperpolarisiert, dh der Kernspin innerhalb der Atome ist erhöht. Hyperpolarisation erhöht das MR-Signal, wodurch das Xe129-Gas auf dem MR-Scan sichtbar wird. In Teilen der Lunge mit gutem Luftstrom wird das hyperpolarisierte Xe129-Gas stärker sichtbar und schneller sichtbar. Außerdem löst sich Xe129 leicht im Blut auf, wo es unterschiedliche MR-Signaleigenschaften aussendet. Diese Eigenschaft kann ausgenutzt werden, um sowohl die Ventilation als auch die Perfusion innerhalb der Lunge regional zu quantifizieren, was eine umfassende Beurteilung der Lungenfunktion ermöglicht. Der Bedarf an einer verbesserten funktionellen Bildgebung zur Identifizierung vorbestehender Lungenerkrankungen und zur Vorhersage der respiratorischen Toleranz von Patienten mit NSCLC für eine Strahlentherapiebehandlung ist klar. Die hyperpolarisierte Xe129-MR-Bildgebung hat das Potenzial, die individuelle Eignung für Strahlentherapiepläne besser zu informieren als die derzeit verwendeten Untersuchungen. Darüber hinaus ist eine verbesserte funktionelle Bildgebung erforderlich, um das Ansprechen auf die Behandlung zu überwachen und eine individuelle Anpassung der Behandlungsschemata zu ermöglichen. Die hyperpolarisierte Xe129-MR-Bildgebung bietet das Potenzial einer verbesserten Erkennung von strahleninduzierten Lungenschäden, was für die Behandlung von Patienten mit strahleninduzierten Verletzungen von unschätzbarem Wert ist. Es kann auch Informationen liefern, die es ermöglichen würden, die RT so zu planen, dass das Risiko verringert wird, dass Patienten eine strahleninduzierte Lungentoxizität (RILT) entwickeln.

Der Bedarf an einer verbesserten funktionellen Bildgebung zur Identifizierung vorbestehender Lungenerkrankungen und zur Vorhersage der respiratorischen Toleranz von Patienten mit NSCLC für eine Strahlentherapiebehandlung ist klar. Die hyperpolarisierte Xe129-MR-Bildgebung hat das Potenzial, die individuelle Eignung für Strahlentherapiepläne besser zu informieren als die derzeit verwendeten Untersuchungen. Darüber hinaus ist eine verbesserte funktionelle Bildgebung erforderlich, um das Ansprechen auf die Behandlung zu überwachen und eine individuelle Anpassung der Behandlungsschemata zu ermöglichen. Die hyperpolarisierte Xe129-MR-Bildgebung bietet das Potenzial einer verbesserten Erkennung von strahleninduzierten Lungenschäden, was für die Behandlung von Patienten mit strahleninduzierten Verletzungen von unschätzbarem Wert ist. Es kann auch Informationen liefern, die es ermöglichen würden, die RT so zu planen, dass das Risiko verringert wird, dass Patienten eine strahleninduzierte Lungentoxizität (RILT) entwickeln.