VisR zur nichtinvasiven Untersuchung der Stroma-Kollagen-Organisation als Brustkrebs-Biomarker: Bewertung der Kompression bei Kontrollpersonen

Das Hauptziel des Brustkrebs-Screenings besteht darin, Krebs im Frühstadium oder präkanzeröse Läsionen zu erkennen, und zwar zu einem Zeitpunkt, bevor Symptome auftreten und wenn die Behandlung wahrscheinlich zu einer Heilung führt. Das Screening ist von Vorteil, wenn es das Fortschreiten der Krankheit bis hin zur Metastasierung und/oder zum Tod abwendet. Allerdings können nachträglich negative Auswirkungen für die Patienten (und unnötige medizinische Kosten) aus falsch positiven Ergebnissen und der Diskriminierung von Massen resultieren, die nicht auf die Behandlung ansprechen. Die Empfindlichkeit der digitalen Mammographie, dem aktuellen Screening-Standard in den USA, liegt Berichten zufolge im Bereich von 0,40 bis 0,85, mit einem positiven Vorhersagewert von 0,31. Die Empfindlichkeit wird durch die Ergänzung der Mammographie mit MRT und B-Mode-Ultraschall erhöht, aber auch die Falsch-Positiv-Rate kann steigen. Es besteht ein dringender Bedarf an einer Screening-Technologie, die eine hohe Sensitivität und Spezifität für die Krebserkennung aufweist und nicht reagierende Tumoren frühzeitig erkennt.

Dieser dringende Bedarf könnte durch die Nutzung neuer bildgebender Biomarker gedeckt werden. Insbesondere wurden die mechanischen Eigenschaften des Brustgewebes zur Krebserkennung genutzt, wobei sowohl Elastizität als auch Viskosität nachgewiesen wurden, um bösartige von gutartigen Läsionen zu unterscheiden. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Gewebeanisotropie mit dem Ergebnis der Kernbiopsie und dem Tumorgrad korreliert, wobei große Krebsarten deutlich anisotroper sind als kleine Krebsarten. Wichtig ist, dass zwar sowohl MRT als auch Ultraschall zur Messung dieser Biomarker verwendet werden können, Ultraschall aufgrund seiner Kosteneffizienz und einfachen Implementierung jedoch eine effiziente Plattform darstellt.

Das langfristige Ziel dieses Forschungsprogramms ist die Entwicklung eines neuen ultraschallbasierten Brust-Screening-Tools zur Erweiterung der Mammographie. Als entscheidender erster Schritt zur Erreichung dieses Ziels besteht das Hauptziel der vorgeschlagenen Forschung darin, die Reproduzierbarkeit ultraschallabgeleiteter Metriken für Steifheit, Elastizität, Viskosität und Anisotropie in vivo zu bewerten. Diese Biomarker werden mithilfe neuartiger, nichtinvasiver Ultraschalltechnologien gemessen, die in Dr. Gallippis Labor entwickelt werden: 1) Ultraschall mit akustischer Strahlungskraftimpulsen (ARFI) zur Untersuchung der Gewebesteifheit, 2) Ultraschall mit viskoelastischer Reaktion (VisR) zur Beurteilung der Gewebeelastizität und -viskosität und 3) Dynamic Displacement Anisotropy Imaging (DDAI) zur Messung der Gewebeanisotropie. Diese Technologien wurden bereits zur Abgrenzung von Arteriosklerose, Muskeldystrophie und Nierenfunktionsstörungen eingesetzt.

Die Forscher gehen davon aus, dass die durch Ultraschall ermittelten Steifigkeits-, Elastizitäts-, Viskositäts- und Anisotropiemessungen je nach angewendeter Kompression durch den Sonographen variieren. Dies liegt daran, dass die Anwendung von Druck auf das Gewebe seine Organisation verändert, was sich typischerweise in einer erhöhten Steifigkeit und Viskosität sowie Änderungen in der mechanischen Anisotropie widerspiegelt. Um diese Hypothese zu testen, verfolgen sie das folgende konkrete Ziel:

Ziel Nr. 1: Quantifizierung der Änderung der durch Ultraschall ermittelten Steifigkeits-, Elastizitäts-, Viskositäts- und Anisotropiemessungen aufgrund der angewendeten Vorkompression. ARFI-, VisR- und DDAI-Bildgebung werden am Bruststromagewebe bei 20 Frauen mit negativem Mammogramm und ohne Brusterkrankung in der Vorgeschichte durchgeführt. Änderungen in den vom Ultraschall abgeleiteten Metriken werden zwischen keiner angelegten Kompression, 10 % angelegter Dehnung und 25 % angelegter Dehnung ausgewertet. Darüber hinaus wird das Ausmaß der Veränderung dieser Messwerte mit der angewandten Belastung zwischen zwei Alterskohorten (Alter 30–45 vs. 46–90) und zwischen Brustdichteniveaus (wie auf der BIRADS-Skala bewertet) verglichen.