Pään ja kaulan okasolusyövän toiminnallisen kuvantamisen patologinen validointi

TAUSTA JA ASETUKSET

1.1. JOHDANTO

Samanaikainen (kemo-) sädehoito (CRT) on nykyinen hoitostandardi potilaille, joilla on paikallisesti edennyt pään ja kaulan okasolusyöpä (HNSCC). Tärkeiden toiminnallisten rakenteiden läheisyys kasvaimen kanssa tekee hoidosta kuitenkin erittäin monimutkaista. Hoitoon liittyvä toksisuus voi olla vakavaa, ja kserostomia ja dysfagia vaikeuttavat vakavasti potilaan elämänlaatua. Muutettujen fraktiointiaikataulujen ja/tai samanaikaisen kemoterapian käyttö on parantanut merkittävästi paikallista kontrollia, mikä on johtanut merkittäviin parannuksiin yleisessä eloonjäämisessä. Vaikka paikallisesti edenneen HNSCC:n RT-hoitoa saaneiden potilaiden ennuste paranee jatkuvasti, on edelleen suuri määrä paikallisia epäonnistumisia.

Käyttämällä erittäin konformaalista sädehoitoa tutkijat voivat nostaa terapeuttista indeksiä antamalla suurempia annoksia kasvaimen säteilylle vastustuskykyisemmille osille samalla, kun ne säilyttävät tai jopa pienentävät annosta ympäröiville kudoksille. Funktionaalinen kuvantaminen voi auttaa meitä määrittelemään nämä radioresistentit osavolyymit ja määrittelemään kasvaimen bruttotilavuuden (GTV) paremmin tulevaisuudessa. Positroniemissiotomografia (PET), diffuusiopainotettu magneettikuvaus (DWI) ja dynaaminen kontrastitehostettu MRI (DCE-MRI) voivat antaa meille lisätietoa kasvaimen taustalla olevista biologisista ja mikrorakenteellisista ominaisuuksista. Tällä hetkellä tutkijat eivät kuitenkaan ole varmoja, miten näistä toiminnallisista kuvantamismodaliteeteista saatuja erilaisia ​​kuvantamisparametreja tulkitaan. Siksi tutkijat haluavat korreloida kuvantamisparametrit kasvaimen patologisten ominaisuuksien kanssa. Toisaalta tutkijat haluavat korreloida toiminnallisissa kuvantamismenetelmissä määritellyn GTV:n patologiseen GTV:hen ja nähdä, voivatko nämä modaliteetit auttaa meitä määrittämään GTV:n tarkemmin tulevaisuudessa.

1.2. KUVAUSMODALITEETIT

1.2.1. FDG-positroniemissiotomografia (FDG-PET)

Lisääntynyt glukoosiaineenvaihdunta on perusominaisuus monille pahanlaatuisille kasvaimille, mukaan lukien HNSCC. Positroniemissiotomografia (PET) radioaktiivisesti leimatun 2'-fluorodeoksiglukoosin (18F-FDG) injektion jälkeen voi auttaa meitä mittaamaan ja kvantifioimaan tätä aineenvaihduntaa kasvaimissa käyttämällä standardoitua sisäänottoarvoa (SUV). Useat tutkimukset ovat korreloineet korkean SUV:n ennen hoitoa merkittävästi huonompaan tulokseen HNSCC:ssä. Lisäksi näyttää siltä, ​​että useimmat paikalliset toistuvat esiintyvät FDG-PET:n määritellyssä GTV:ssä. Tämän molekyylipohjaa ei täysin ymmärretä.

Lisääntyvät kasvainsolut kuluttavat glukoosia suurella nopeudella ja vapauttavat laktaattia CO2:n sijasta. Tällä tavalla he jättävät pois mitokondrioiden aiheuttaman glukoosin oksidatiivisen fosforylaation ATP:n tuotannosta (=Warburg-ilmiö). Useita molekyyliparametreja on liitetty tähän glykolyyttiseen vaihtoon, kuten hypoksian aiheuttaman HIF1a:n aktivaatio ja lisääntynyt GLUT-glukoosinkuljetusproteiinien läsnäolo. Toistaiseksi ei ole löydetty selvää korrelaatiota hypoksian ja FDG:n oton välillä.

1.2.2. Diffuusiopainotettu magneettikuvaus (DWI)

Diffuusiopainotteinen magneettikuvaus (DWI) voi karakterisoida kudoksia vesimolekyylien satunnaisen siirtymän perusteella. Biologisissa kudoksissa tätä siirtymää rajoittavat taustalla olevat kudosspesifiset esteet, ja tämä ero voidaan kvantifioida ja visualisoida käyttämällä näennäisen diffuusiokertoimen (ADC) arvoja. Tutkimuskeskuksessamme 165 HNSCC-potilaalla osoitti, että hoitoa edeltävä ADC-arvo on vahva ja riippumaton ennustetekijä lopputulokseen. Potilaat, joilla on korkea ADC-arvo, reagoivat huonommin ionisoivaan säteilyyn kuin potilaat, joiden ADC-arvo on pienempi. Tällä hetkellä ei ole selkeää selitystä, miksi kasvaimet, joiden solutiheys on suurempi, ovat säteilyherkempiä kuin kasvaimet, joiden tiheys on pieni. Useat mikroskooppiset piirteet vaikuttavat veden diffuusiokykyyn kudoksissa (nekroosin esiintyminen, solutiheys, tulehdus, solukalvojen eheys). Monet näistä vaikuttavat myös kasvainten radio- ja kemosensitiivisyyteen.

1.2.3. Dynaaminen kontrasti tehostettu magneettikuvaus (DCE-MRI)

Dynaaminen kontrastitehostettu MRI (DCE-MRI) on ei-invasiivinen kuvantamismenetelmä, joka on kehitetty ja arvioitu kudosten verisuoniominaisuuksien karakterisointia varten. Riittävä hapen saanti on välttämätöntä ionisoivan säteilyn tehokkuuden kannalta. Kasvaimen angiogeneesi on kuitenkin kaukana täydellisestä, ja äskettäin muodostuneilla verisuonilla on läpäisevyys, mutkittelevuus ja yleisesti huono toimivuus. Nämä verisuoniominaisuudet voisivat antaa meille käsityksen kasvaimen aggressiivisuudesta ja säteilyherkkyydestä. Dynaaminen tietokonetomografia (CT) on osoittanut, että perfuusiomittaukset voivat ennustaa pään ja kaulan syövän lopputuloksen sädehoidon jälkeen. Vastaavasti DCE-MRI:n kvantitatiivinen arviointi on myös korreloinut vasteen ionisoivaan säteilyyn potilailla, joilla on HNSCC. Äskettäisessä pienellä määrällä potilaita tehty tutkimus korreloi tietyt DCE-MRI-parametrit kasvaimensisäiseen hypoksiaan. Toistaiseksi ei kuitenkaan ole tehty spatiaalista korrelaatiota.

OPINTOJEN TAVOITTEET

2.1. ENSISIJAISET TAVOITTEET

Tämän tutkimuksen päätavoitteena on korreloida DWI, DCE-MRI ja FDG-PET pään ja kaulan syöpää sairastavien potilaiden hypoksian alueelliseen jakautumiseen.

2.2. TOISIJAISET TAVOITTEET

A. Korreloida toiminnallisen kuvantamisen löydöksiä sisäisten molekyyliparametrien kanssa, jotka kuvaavat proliferaatiota, hypoksiaa ja glukoosiaineenvaihduntaa.

B. Vahvistaa hypoksiamarkkerien ja 15 geenin hypoksiageenin ilmentymisluokittimen käyttö.

C. Vertaa patologiasta peräisin olevaa kasvaimen tilavuutta useiden anatomisten ja funktionaalisten kuvantamismenetelmien määrittämiin tilavuuksiin.

OPINTUSUUNNITTELU

Tämän tutkimuksen kohderyhmänä ovat potilaat, joilla on histologisesti todettu kurkunpään levyepiteelisyöpä, joka on kelvollinen leikkausvaiheeseen T3-4. Ennen hoitoa potilaille tehdään FDG-PET/CT ja MRI DW:llä ja DCE:llä, jotka on tarkoitettu primaarisen kasvaimen optimaaliseen visualisointiin ja analyysiin. Kuvausmenetelmät tehdään mahdollisimman lähellä leikkausta (PET/CT viikkoa ennen leikkausta; MRI päivää ennen leikkausta).

Ennen hoitoa radiologi valitsee kuvantamismenetelmistä kolme siivua niiden visuaalisen laadun ja toiminnallisten parametrien heterogeenisyyden perusteella. Näitä kiinnostavia alueita verrataan eri histopatologisiin parametreihin resektionäytteessä. Radiologi valitsee myös DWI- ja DCE-parametrien perusteella alueet, joiden epäillään olevan hypoksisia. Näiltä alueilta otetaan biopsia.

Täydellisen kurkunpään poiston jälkeen resektionäyte suunnataan ja koepalamateriaali otetaan kasvaimen alueilta, jotka on valittu kuvantamismenetelmillä. Loput näytteestä kiinnitetään formaldehydissä. Fiksaatiosta johtuvan kasvaimen kutistumisen huomioon ottamiseksi resektionäyte asetetaan pahvilaatikkoon agaroosiliuoksella ja skannataan MRI:llä T1w/T2-kuvilla. Tästä lasketaan kutistumiskerroin vertaamalla rajattuja T1- ja T2-painotettuja kuvia.

Kiinnityksen jälkeen kasvain leikataan noin 5 mm:n paksuisiksi makroviipaleiksi. Jokaisessa makroviipaleessa kasvaimen tilavuus rajataan. Tämän avulla patologinen kasvaimen tilavuus määritetään ottaen huomioon aiemmin määritetty kutistumistekijä. Tätä patologista tilavuutta verrataan kuvantamismenetelmissä määriteltyyn kasvaimen tilavuuteen. Erilaisilla leikkausta edeltävillä toiminnallisilla kuvantamismenetelmillä 4 erillistä tarkkailijaa määrittelee GTV:n. Eri tilavuuksia verrataan ja päällekkäisyys lasketaan 3D-näytteiden rekonstruoinnin ja rekisteröinnin jälkeen.

Toiminnallisesta kuvantamisesta saatu GTV korreloidaan resektionäytteen patologisen kasvaimen tilavuuden kanssa. Nämä tiedot antavat meille enemmän käsitystä tutkittujen toiminnallisten kuvantamistekniikoiden todellisesta voimasta kasvaimen tilavuuden määrittämisessä. Tämä on tärkeää arvioitaessa toiminnallisten kuvantamismenetelmien roolia hoidon suunnittelussa tulevaisuudessa.

Kolmella tasolla, jotka radiologi on valinnut kuvantamismenetelmistä, otetaan 4 µm paksuisia viipaleita. Jokaisella tasolla suoritetaan immunohistokemiallinen värjäys (suoritetaan GLUT-1-, CA-IX-, HIF-1a-, VEGF- ja KI 67 -värjäys).

IHC pisteytetään puolikvantitatiivisen pisteytysjärjestelmän mukaisesti käyttämällä kenttäanalyysiä, jossa kullekin kentällä annetaan pistemäärä 1-4 likimääräisen immunovärjäytysalueen mukaan (0:0%, 1:1-5%, 2:5-). 15 %, 3: 15-30 % ja 4: >30 %.