PH-herkät MRI-pohjaiset glioblastooman leikkaukset

Olemme aiemmin käsitelleet vaikeutta tunnistaa kasvain ei-tehostavilla (NE) T2-hyperintensiivisillä alueilla, jotka ympäröivät kontrastia tehostavaa kasvainosaa. 19 Olemme soveltaneet glioblastoomapotilailla pH-herkkää amiinin kemiallisen vaihdon saturaatiotransfer echo planar -kuvausta (CEST-EPI). CEST-kuvauksessa voidaan hyödyntää nopeasti vaihtuvien amiiniprotonien havaitsemista kudoksen happamuudesta riippuvan kuvan kontrastin saamiseksi. Irtovesiprotonit käyvät läpi kemiallisen vaihdon amiiniprotonien kanssa. CEST-kuvaus havaitsee bulkkiveden magnetisaation vaimenemisen kyllästymispulssin jälkeen, joka voi vaihdella amiiniprotonien pitoisuuden mukaan. Tämä kontrasti voidaan kvantifioida magnetisoinnin siirtosuhteen (MTRasym) epäsymmetriana suhteessa veden protoniresonanssitaajuuteen. Kasvainsolujen tiedetään tuottavan kohonneita ekstrasellulaarisen vedyn tasoja, kun otetaan huomioon 1) korkeampi aineenvaihdunta, joka johtuu lisääntyneestä solujen vaihtumisesta, ja 2) affiniteetti anaerobiseen glykolyysiin - Warburg-ilmiö. Olemme osoittaneet aktiivista kasvaintaakkaa ja aktiivista replikaatiota tapahtuvan tunkeutuvissa glioblastoomasoluissa. ja näin ollen hyödynsi CEST-kuvausta tunkeutuvien kasvainsolujen visualisoimiseksi. 19 Äskettäin diagnosoidussa ja uusiutuvassa glioblastoomassa korkeampi mediaani MTRsym 3 ppm CEST+ NE -alueilla p = 0,007; p = 0,0326] ja suuremmat tilavuudet CEST+ NE -kasvainta [p = 0,020; p < 0,001] liittyivät PFS:n laskuun. Prospektiiviset MRI-ohjatut biopsiat CEST+ NE -alueista osoittivat korrelaation solutiheyden ja %Ki-67-positiivisuuden kanssa [p<0,001, p < 0,001]. Lisäksi, käyttämällä patologista diagnoosia kultastandardina, näimme MTRasymin kynnyksen > 1,50 % pystyvän tunnistamaan kasvainsoluja, joiden herkkyys on 100 % ja spesifisyys 71,4 %. Julkaisemattomissa tiedoissa, joissa oli lisänäytteitä vain äskettäin diagnosoidusta WHO IV -glioblastoomasta, laskettu herkkyys ja spesifisyys oli 100 %, kun neuropatologista katsausta käytettiin kultaisena standardina. Lisäksi, kun käytetään yksisoluista RNA-sekvensointia (scRNAseq) kasvainsolujen havaitsemista kopioluvun vaihteluanalyysillä kultastandardina, 17 biopsiasta CEST+ NE -alueilla, sama 1,50 %:n kynnys identifioi kasvainsoluja, joiden herkkyys on 93 % ja spesifisyys. 100 %:sta. Tuumorisolujen ja CEST+NE-alueiden välisen vahvan korrelaation vuoksi olemme suorittaneet alustavasti CEST+NE-resektiot viidelle potilaalle, joilla on äskettäin diagnosoitu WHO IV -glioblastooma. Näissä alustavissa tiedoissa emme löytäneet merkittäviä postoperatiivisia komplikaatioita suurempien resektioiden yhteydessä (kuva 6B). Kaikki potilaat saivat tavanomaista hoitoa adjuvanttihoitoa (temotsolomidi + sädehoito), eikä yksikään potilaista ollut kokenut etenemistä (mediaani PFS 13 kuukautta). Näiden tietojen perusteella oletamme, että CEST + NE -alueiden maksimaalinen turvallinen resektio minimoi leikkauksen jälkeisen kasvainsolutaakan ja mahdollistaa lisääntyneen eloonjäämisen.

Kokeellinen lähestymistapa. Suoritamme prospektiivisen, satunnaistetun kontrolloidun kokeen glioblastooman kirurgisesta resektiosta pH-herkällä amiinilla CEST-EPI. Ilmoitan potilaat UCLA Ronald Reagan Medical Centeriin. UCLA:n neurokirurgian aivokasvainohjelman osasto on suuren volyymin neuroonkologian keskus. Teemme vuosittain yli 300 glioomaleikkausta, meillä on CAST-akkreditoitu neuroonkologian apuraha ja SPORE-apuraha aivokasvainten hoitoon. Tämän historian perusteella katsomme, että on mahdollista rekrytoida 60 potilasta kolmen vuoden aikana (15 vuodessa) osallistumaan tähän tutkimukseen. Rekrytoimme potilaita, joilla on WHO:n asteen IV glioblastooman mukainen kuvantaminen. 51 Annan suoraan tietoisen suostumuksen tutkimukseen osallistumiseen sekä tietoisen suostumuksen itse leikkaukseen. Ennen satunnaistamista kaikille potilaille tehdään ennen leikkausta lääketieteellinen selvitys ja tavanomainen preoperatiivinen lääkitys (levetirasetaami 100 mg kahdesti vuorokaudessa ja deksametasoni 4 mg kolme kertaa vuorokaudessa). Kaikille potilaille tehdään preoperatiivinen standardi anatominen MRI 52 viikon sisällä leikkauksesta (3T Siemens Prisma, Siemens Healthcare, Erlangen, Saksa). MRI-sekvenssejä ovat: 1 mm:n 3D-inversio-palautusgradienttihakukuvat ennen gadolinium-kontrastiinjektiota ja sen jälkeen (Gd-DTPA, 0,1 mmol/kg) ja kaksoiskiun protonitiheydellä T2-painotetut turbo spin kaikukuvat. Saadaan pH-painotettu amiini CEST echo planar MRI27 (näkökenttä: 256 x 256 mm2, matriisin koko: 128 x 128, viipaleen paksuus 4 mm, skannausaika: noin 5 minuuttia).

Kuvaustiedot ladataan PACS-palvelimelta laboratoriopalvelimille jälkikäsittelyä ja analysointia varten (Kuva 7). Tämä koostuu affinisesta liikkeen korjauksesta (mcflirt; FSL, FMRIB, Oxford, UK) ja rekisteröinnistä anatomiseen T1:een kontrastikuvilla. MTRasym lasketaan kaikille CEST-sekvenssien vokseleille. Kaikki muut kuva-analyysit suoritetaan AFNI:llä (ohjelmisto funktionaalisten magneettiresonanssin neurokuvien analysointiin ja visualisointiin). 53 Saadaksemme kiinnostavia alueita MTRasym-poikkeavuuteen perustuen, tunnistamme ensin CE-kasvain vähentämällä vokseli kerrallaan kuvan intensiteetin T1 ilman kontrastia T1:stä kontrastin kanssa. 16 Intensiteettikynnystä käyttämällä CE segmentoidaan ja nekroottisen tai kystisen ytimen omaavien kasvaimien kohdalla ne täytetään kiinnostavien CE-tuumorialueiden (ROI) saamiseksi. Tätä ROI:ta laajennetaan volyymillisesti NE ROI:n saamiseksi. NE ROI rekisteröidään yhdessä MTRasym-karttoihin ja suodatetaan minimiarvolla 1,5, jonka on osoitettu ennustavan kasvainsolujen läsnäoloa, joilla on korkea herkkyys ja spesifisyys. 19 Lopuksi CE ROI vähennetään NE ROI:sta, joka on suodatettu epänormaalien MTRasym-arvojen varalta, jolloin saadaan kasvaimen CEST+ NE -alue (kuva 7). Ennen leikkausta kohteet satunnaistetaan. Potilaille, jotka on satunnaistettu kokeelliseen ryhmään, CEST+ NE -segmentaatiot ladataan intraoperatiivisiin objekteihin käyttämällä intraoperatiivista neuronavigointiohjelmistoamme (BrainLab Surgical Navigation System, München, Saksa). Potilaat, jotka on satunnaistettu normaalihoitoon, saavat standardin MRI-kuvan ilman kontrastisekvenssiä, jotka ladataan intraoperatiiviseen neuronavigaatioohjelmistoon. Leikkauksen aikana teen kasvaimen kontrastia lisäävän osan normaalihoitoresektiota (standard-of-care-käsivarsi) tai normaalihoitoresektiota plus maksimaalisen turvallisen CEST+NE-alueiden kirurgisen resektion (kokeellinen käsivarsi). Maksimiturvallinen kirurginen resektio sisältää kaunopuheisen (motorisen, kielen) kudoksen täydellisen välttämisen. Normaalia postoperatiivista hoitoa suoritetaan kaikille potilaille. Adjuvanttihoito sisältää tavanomaisen hoidon synkronisen oraalisen temotsolomidin (6 viikkoa) ja sädehoidon 60 Gy yli 30 fraktiota resektioonteloon. Valvontakuvana käytetään tavallista MRI:tä kontrastin kanssa ja ilman, ja RANO-kriteereitä käytetään toistumisen määrittämiseen. Ensisijainen päätetapahtuma on etenemisvapaa eloonjääminen ja toissijaiset päätetapahtumat ovat kokonaiseloonjääminen, kirurgisten komplikaatioiden määrä ja elämänlaadun erot mitattuna ennen leikkausta ja sen jälkeen suoritetuilla karnofsky-suoritusasteikkopisteillä.

Tilastosuunnitelma. Käyttämällä alustavia tietojamme CEST+ NE -resektioista ja mediaani-PFS:stä (6 kuukautta) suuremmalle 10 vuoden potilasryhmällemme, joilla oli äskettäin diagnosoitu glioblastooma, laskemme otoskoon 60, jotta saadaan 95 %:n teho havaita merkittävä 6 kuukauden ero. PFS:ssä merkitsevyystasolla 0,05. Eloonjäämiseen liittyviä kliinisiä ominaisuuksia (ikä, leikkausta edeltävä KPS) verrataan käyttämällä riippumattomien näytteiden t-testejä harhan arvioimiseksi satunnaistamisesta huolimatta. Eloonjäämistulosten vertaamiseen käytetään monimuuttujia cox- ja log rank -testejä. Riippumattomia chi-neliötestejä käytetään vertaamaan eroja kirurgisten komplikaatioiden ja leikkauksen jälkeisten karnofsky-suorituskykyasteikon muutosten välillä.