PH-sensitive MRT-basierte Resektionen von Glioblastomen

Wir haben uns zuvor mit der Schwierigkeit befasst, Tumore in nicht-anreichernden (NE) T2-Hyperintensitätsregionen zu identifizieren, die den kontrastverstärkenden Tumoranteil umgeben. 19 Wir haben bei Patienten mit Glioblastom die pH-empfindliche Amin-Chemical-Exchange-Saturation-Transfer-Echo-Planar-Bildgebung (CEST-EPI) angewendet. Die CEST-Bildgebung kann die Erkennung schnell austauschender Aminprotonen nutzen, um einen Bildkontrast zu erhalten, der vom Säuregehalt des Gewebes abhängt. Protonen in großen Mengen unterliegen einem chemischen Austausch mit Aminprotonen. Die CEST-Bildgebung erkennt die Abschwächung der Wassermagnetisierung nach einem Sättigungsimpuls, die je nach Konzentration der Aminprotonen variieren kann. Dieser Kontrast kann als Asymmetrie des Magnetisierungstransferverhältnisses (MTRasym) relativ zur Wasserprotonenresonanzfrequenz quantifiziert werden. Es ist bekannt, dass Tumorzellen erhöhte Mengen an extrazellulärem Wasserstoff produzieren, da 1) eine höhere Stoffwechselrate infolge eines erhöhten Zellumsatzes und 2) eine Affinität zur anaeroben Glykolyse – der Warburg-Effekt – vorliegt. Wir haben gezeigt, dass in infiltrierenden Glioblastomzellen eine aktive Tumorlast und eine aktive Replikation auftreten. und nutzten daher die CEST-Bildgebung, um infiltrierende Tumorzellen sichtbar zu machen. 19 Bei neu diagnostiziertem und rezidivierendem Glioblastom, höheres mittleres MTRasym bei 3 ppm in CEST+ NE-Regionen p = 0,007; p=0,0326] und höhere Volumina an CEST+ NE-Tumoren [p=0,020; p<0,001] waren mit einem verringerten PFS verbunden. Prospektive MRT-gesteuerte Biopsien von CEST+ NE-Regionen zeigten eine Korrelation mit dem Vorhandensein der Zelldichte und der %Ki-67-Positivität [p<0,001, p<0,001]. Darüber hinaus sahen wir unter Verwendung der pathologischen Diagnose als Goldstandard, dass ein Schwellenwert von MTRasym > 1,50 % in der Lage ist, Tumorzellen mit einer Sensitivität von 100 % und einer Spezifität von 71,4 % zu identifizieren. In unveröffentlichten Daten mit zusätzlichen Proben nur von neu diagnostiziertem WHO-IV-Glioblastom betrug die berechnete Sensitivität und Spezifität 100 %, wenn die neuropathologische Untersuchung als Goldstandard verwendet wurde. Darüber hinaus wurden bei Verwendung der Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNAseq) zur Erkennung von Tumorzellen mittels Kopienzahlvariationsanalyse als Goldstandard aus 17 Biopsien in CEST+ NE-Regionen Tumorzellen mit dem gleichen Schwellenwert von 1,50 % mit einer Sensitivität und Spezifität von 93 % identifiziert von 100 %. Angesichts der starken Korrelation zwischen Tumorzellen und CEST+ NE-Regionen haben wir vorläufige CEST+ NE-Resektionen bei 5 Patienten mit neu diagnostiziertem WHO-IV-Glioblastom durchgeführt. In diesen vorläufigen Daten fanden wir keine signifikanten postoperativen Komplikationen bei den größeren Resektionen (Abbildung 6B). Alle Patienten erhielten eine adjuvante Standardtherapie (Temozolomid + Strahlentherapie) und bei keinem der Patienten kam es zu einer Progression (medianes PFS 13 Monate). Mit diesen Daten gehen wir davon aus, dass eine maximale sichere Resektion von CEST+ NE-Regionen die postoperative Tumorzellbelastung minimieren und ein längeres Überleben ermöglichen wird.

Experimenteller Ansatz. Wir werden eine prospektive, randomisierte kontrollierte Studie zur chirurgischen Resektion von Glioblastomen mit dem pH-empfindlichen Amin CEST-EPI durchführen. Die Patienten werden von mir im UCLA Ronald Reagan Medical Center registriert. Das Gehirntumorprogramm der Abteilung für Neurochirurgie der UCLA ist ein hochvolumiges neuroonkologisches Zentrum. Wir führen jedes Jahr über 300 Gliomoperationen durch, verfügen über ein CAST-akkreditiertes Stipendium für Neuroonkologie und sind Träger eines SPORE-Stipendiums für Hirntumoren. Angesichts dieser Vorgeschichte halten wir es für machbar, über einen Zeitraum von drei Jahren 60 Patienten (15 pro Jahr) für die Teilnahme an dieser Studie zu rekrutieren. Wir werden Patienten rekrutieren, deren Bildgebung mit einem Glioblastom Grad IV der WHO übereinstimmt. 51 Ich werde direkt eine Einverständniserklärung zur Teilnahme an der Studie sowie eine Einverständniserklärung für die Operation selbst abgeben. Vor der Randomisierung werden alle Patienten einer präoperativen ärztlichen Genehmigung und einer standardmäßigen präoperativen Medikamentenverabreichung unterzogen (Levetiracetam 100 mg BID und Dexamethason 4 mg TID). Alle Patienten werden innerhalb einer Woche nach der Operation einer präoperativen anatomischen Standard-MRT 52 unterzogen (3T Siemens Prisma, Siemens Healthcare, Erlangen, Deutschland). Zu den MRT-Sequenzen gehören: 1 mm 3D-Inversion-Recover-Gradient-Recall-Echobilder vor und nach der Injektion von Gadolinium-Kontrast (Gd-DTPA, 0,1 mmol/kg) und T2-gewichtete Turbo-Spin-Echo-Bilder mit Dual-Echo-Protonendichte. Es wird ein pH-gewichtetes Amin-CEST-Echo-Planar-MRT27 erhalten (Sichtfeld: 256 x 256 mm2, Matrixgröße: 128 x 128, Schichtdicke 4 mm, Scanzeit: ca. 5 Minuten).

Bilddaten werden zur Nachbearbeitung und Analyse vom PACS-Server auf Laborserver heruntergeladen (Abbildung 7). Dies besteht aus einer affinen Bewegungskorrektur (Mcflirt; FSL, FMRIB, Oxford, UK) und einer Registrierung im anatomischen T1 mit Kontrastbildern. MTRasym wird für alle Voxel von CEST-Sequenzen berechnet. Alle weiteren Bildanalysen werden mit AFNI (Software zur Analyse und Visualisierung funktioneller Magnetresonanz-Neurobilder) durchgeführt. 53 Um Regionen von Interesse auf der Grundlage einer MTRasym-Abnormalität zu erhalten, identifizieren wir zunächst den CE-Tumor durch eine Voxel-für-Voxel-Subtraktion der Bildintensität von T1 ohne Kontrast von T1 mit Kontrast. 16 Mithilfe eines Intensitätsschwellenwerts wird CE segmentiert und bei Tumoren mit nekrotischem oder zystischem Kern werden diese gefüllt, um CE-Tumorregionen von Interesse (ROI) zu erhalten. Dieser ROI wird volumetrisch erweitert, um einen NE-ROI zu erhalten. Der NE ROI wird in MTRasym-Karten mitregistriert und nach dem Mindestwert 1,5 gefiltert, der nachweislich das Vorhandensein von Tumorzellen mit hoher Sensitivität und Spezifität vorhersagt. 19 Abschließend wird der CE-ROI vom NE-ROI abgezogen, der nach abnormalen MTRasym-Werten gefiltert wurde, um eine CEST+ NE-Region des Tumors zu erhalten (Abbildung 7). Vor der Operation werden die Probanden randomisiert. Bei Patienten, die in den experimentellen Arm randomisiert werden, werden CEST+ NE-Segmentierungen mithilfe unserer intraoperativen Neuronavigation-Software (BrainLab Surgical Navigation System, München, Deutschland) auf intraoperative Objekte hochgeladen. Bei Patienten, die nach dem Zufallsprinzip in den Standardbehandlungsarm eingeteilt werden, werden Standard-MRT-Sequenzen mit/ohne Kontrastmittel in die intraoperative Neuronavigation-Software hochgeladen. Während der Operation werde ich eine Standardresektion des kontrastverstärkenden Teils des Tumors (Standardtherapiearm) oder eine Standardresektion plus maximal sichere chirurgische Resektion der CEST+NE-Regionen (Experimentalarm) durchführen. Eine maximal sichere chirurgische Resektion beinhaltet die vollständige Vermeidung von eloquentem (motorischem, sprachlichem) Gewebe. Bei allen Patienten wird eine standardmäßige postoperative Versorgung durchgeführt. Die adjuvante Therapie umfasst standardmäßig synchrones orales Temozolomid (6 Wochen) und eine Strahlentherapie mit 60 Gy über 30 Fraktionen in die Resektionshöhle. Als Überwachungsbildgebung wird ein Standard-MRT mit und ohne Kontrastmittel verwendet, und RANO-Kriterien werden verwendet, um ein Wiederauftreten zu bestimmen. Primärer Endpunkt ist das progressionsfreie Überleben und sekundäre Endpunkte sind das Gesamtüberleben, die chirurgische Komplikationsrate und Unterschiede in der Lebensqualität, gemessen anhand der prä- und postoperativen Karnofsky-Leistungsskala.

Statistischer Plan. Anhand unserer vorläufigen Daten zu CEST+ NE-Resektionen und dem mittleren PFS (6 Monate) für unsere größere 10-Jahres-Kohorte von Patienten mit neu diagnostiziertem Glioblastom haben wir eine Stichprobengröße von 60 berechnet, um eine Aussagekraft von 95 % zur Feststellung eines aussagekräftigen 6-Monats-Unterschieds zu erhalten im PFS auf einem Signifikanzniveau von 0,05. Klinische Merkmale im Zusammenhang mit dem Überleben (Alter, präoperativer KPS) werden mithilfe unabhängiger Stichproben-T-Tests verglichen, um trotz Randomisierung eine Verzerrung festzustellen. Zum Vergleich der Überlebensergebnisse werden multivariate Cox- und Log-Rank-Tests verwendet. Unabhängige Stichproben-Chi-Quadrat-Tests werden verwendet, um Unterschiede in der chirurgischen Komplikationsrate und postoperativen Veränderungen der Karnofsky-Leistungsskala zu vergleichen.