Vorhersage der Tumormetastasierung durch Verwendung eines Radiomics-Modells zur Fusion von Zielorgan und primärer Läsion

Metastasierung ist ein wichtiges biologisches Merkmal bösartiger Tumoren und auch der Hauptfaktor, der das Ergebnis von Krebspatienten beeinflusst. Der direkte Tod der meisten Krebspatienten ist die Massenwirkung metastatischer Läsionen oder der Verlust der metastatischen Zielorganfunktion. Daher ist es zu einer der dringendsten und schwierigsten Aufgaben auf dem Gebiet der Onkologie geworden, den pathophysiologischen Mechanismus der bösartigen Tumormetastasierung zu erforschen und neue Angriffspunkte zu finden, um neue Methoden für die Frühdiagnose und Behandlung von Tumormetastasen zu entwickeln.

Die Tumormetastasierung ist ein kontinuierlicher und schrittweiser Prozess. Tumorzellen im Primärtumor vermehrten sich, Tumorzellen lösten sich vom Primärtumor, drangen in die Basalmembran ein, drangen in Blutgefäße, Lymphgefäße oder Körperhöhlen ein und wanderten mit dem Blut- und Lymphfluss zu einer anderen Stelle oder einem anderen Organ. Tumorzellen hefteten sich an die Kapillaren des Zielorgans, drangen in die Blutgefäße ein, bildeten Mikrometastasen, Zellproliferation und produzierten neue Blutgefäße und bildeten Sekundärtumoren vom gleichen Typ wie der Primärtumor. Sie können erneut eindringen und Metastasen bilden. Im Prozess der Metastasierung fördern Genmutationen und nachfolgende Veränderungen in der Immunogenität von Tumorzellen die Bildung einer lokalen, das Tumorgewebe hemmenden Mikroumgebung, die das Immunsystem des Wirts unterdrückt und zur Tumormetastasierung führt.

Frühere Studien haben gezeigt, dass Tumormetastasen eine Organspezifität aufweisen, die als „Organtropismus“ bezeichnet wird. Das heißt, dass verschiedene Arten von Tumoren dazu neigen, in unterschiedliche Organe zu metastasieren. Beispielsweise metastasiert Lungenkrebs häufig in das Gehirn, Darmkrebs und Bauchspeicheldrüsenkrebs metastasieren häufig in die Leber, Brustkrebs und Prostatakrebs metastasieren häufig in die Knochen und so weiter. Daher hat Stephen Paget, ein britischer Pathologe, vor mehr als hundert Jahren seine „Samen- und Bodentheorie“ aufgestellt und ausgearbeitet, in der er befürwortet, dass die Metastasierung die Ausbreitung von Tumorzellen, also „Samen“, und die ideale Umgebung für die Aufnahme erfordert Organe, also „fruchtbarer Boden“. Er schlug in dieser Theorie vor, dass eine erfolgreiche Metastasierung in entfernte Organe nicht nur Tumorzellen mit Metastasierungspotenzial (Samen) erfordert, sondern auch ein geeignetes Wirtsorgan (Boden). Während der Tumorprogression werden die Zusammensetzung und die phänotypischen Typen von Immunzellen in der Tumormikroumgebung sowohl durch bösartige Zellen als auch durch die Nische benachbarter Gewebe geprägt. Metastasierte Tumoren (Samen) behalten ihre genetischen Eigenschaften, wenn sie in verschiedene organspezifische Gewebeumgebungen (Boden) übertragen werden. Es reicht nicht aus, dass Tumorzellen ein bestimmtes Organgewebe erreichen, sondern erfordert auch die Koordination zwischen Tumorzellen (Samen) und der Mikroumgebung des Organs (Boden), um in einer geeigneten Umgebung (Boden) zu pflanzen und zu wachsen und zu metastatischen Herden zu werden. In der „Samen- und Bodentheorie“ wurde nachgewiesen, dass die intrinsischen Eigenschaften von Samen verschiedene wichtige Übertragungsprozesse beeinflussen. Andererseits haben sich nur wenige Studien auf den Zusammenhang zwischen den intrinsischen Eigenschaften des Bodens (Zielorgan) und der Bildung bösartiger Tumormetastasen konzentriert. Einer der Hauptgründe dafür ist, dass es oft nicht ethisch vertretbar ist, invasive Forschung am Zielorgan durchzuführen von Patienten ohne Metastasierung.

Radiomics ist ein aufstrebendes Gebiet, das durch quantitative Analyse bildgebender Untersuchungsbilder von Patienten neue Biomarker entwickelt, mit denen die potenziellen pathophysiologischen Eigenschaften von interessierenden Regionen auf nicht-invasive Weise untersucht und analysiert werden können. Frühere Studien haben gezeigt, dass Radiomics-Studien von Samen (Primärtumoren) die Metastasierung vieler bösartiger Tumoren vorhersagen können, was radiomische Beweise für die „Samen-und-Boden“-Theorie aus der Perspektive von Samen liefert. Allerdings sind Radiomics-Studien aus der Perspektive des Bodens (dem Zielorgan der Metastasierung) selten. Am Beispiel der Hirnmetastasen von Lungenkrebs bewerten die meisten bestehenden Radiomics-Studien, die Bildgebungsinformationen des Gehirns verwenden, nur die Regionen, in denen Hirnmetastasen aufgetreten sind. In Anbetracht der Tatsache, dass Radiomics auch biologische Merkmale von Zielorganen extrahieren können, die noch keine Metastasen gebildet haben, hat unsere Gruppe herausgefunden, dass die Radiomics-Analyse von MRT-Bildern des Gehirns vor der Behandlung von Lungenkrebspatienten ohne primäre Hirnmetastasierung die Wahrscheinlichkeit einer Hirnmetastasierung in einem bestimmten Zeitraum effektiv vorhersagen kann Zeit. Diese Studie zeigte auch erstmals, dass das Zielorgan ohne Metastasierung (Boden) auch eine Schlüsselrolle bei der Entstehung bösartiger Tumormetastasen spielt.

Die Ergebnisse dieser Studie legen auch nahe, dass das aus Radiomics abgeleitete Malignitätsvorhersagemodell ein vielversprechendes Instrument für das Screening von Patienten mit hohem Risiko für Tumormetastasen sein könnte. Integrierte Risikovorhersagemodelle, die Samen- und Bodeneigenschaften berücksichtigen, können als Leitfaden für die klinische Praxis dienen (z. B. eine strengere Überwachung von Hochrisikopatienten oder der Einsatz einer intensiveren systemischen Behandlung).

Zusammenfassend ist es notwendig, die Anwendbarkeit dieses auf der Samen- und Bodentheorie basierenden Radiomics-Modells für die Krebsvorhersage weiter zu untersuchen, um seine Universalität und klinischen Anwendungsaussichten zu überprüfen. In dieser Studie werden wir bildgebende Informationen über primäre Primärläsionen der Patienten und potenzielle metastasierende Zielorgane bei verschiedenen häufigen Tumoren (Lungenkrebs, Darmkrebs, Brustkrebs usw.) sammeln. Untersuchung der Leistung des „Seed and Soil“-Radiomics-Modells bei der Vorhersage von Krebsmetastasenmustern (Gehirnmetastasierung bei Lungenkrebs, Lebermetastasierung bei Darmkrebs, Lungenmetastasierung bei Brustkrebs), um eine nicht-invasive, kostengünstige Lösung zu etablieren und effektives Radiomics-Vorhersagemodell zur Unterscheidung von Krebsmetastasen mit „hohem Risiko“ und „niedrigem Risiko“ bei entsprechenden Krebsarten. Bereitstellung einer theoretischen Grundlage für die Weiterentwicklung individualisierter Diagnose- und Behandlungsstandards für Patienten mit bösartigen Tumoren.