Convalida patologica dell'imaging funzionale nel carcinoma a cellule squamose della testa e del collo

CONTESTO E IMPOSTAZIONE

1.1. INTRODUZIONE

La (chemio)radioterapia (CRT) concomitante è l'attuale standard di cura per i pazienti con carcinoma a cellule squamose della testa e del collo localmente avanzato (HNSCC). La vicinanza di importanti strutture funzionali con il tumore rende tuttavia il trattamento molto complesso. La tossicità correlata al trattamento può essere grave con xerostomia e disfagia che complicano gravemente la qualità della vita del paziente. L'uso di programmi di frazionamento alterati e/o chemioterapia concomitante ha portato a sostanziali guadagni nel controllo loco-regionale, portando a miglioramenti significativi nella sopravvivenza globale. Sebbene la prognosi dei pazienti trattati con RT per HNSCC localmente avanzato sia in continuo miglioramento, vi è ancora un elevato numero di fallimenti locoregionali.

Utilizzando la radioterapia altamente conforme, i ricercatori possono aumentare l'indice terapeutico somministrando dosi più elevate alle parti più radioresistenti del tumore mantenendo o addirittura riducendo la dose ai tessuti circostanti. L'imaging funzionale può aiutarci a definire questi sottovolumi radioresistenti e aiutarci a delineare meglio il volume tumorale lordo (GTV) in futuro. La tomografia a emissione di positroni (PET), la risonanza magnetica pesata in diffusione (DWI) e la risonanza magnetica potenziata con contrasto dinamico (DCE-MRI) possono fornirci ulteriori informazioni sulle caratteristiche biologiche e microstrutturali alla base del tumore. Tuttavia, al momento gli investigatori non sono sicuri di come interpretare i diversi parametri di imaging ottenuti da queste modalità di imaging funzionale. Pertanto, gli investigatori vogliono correlare i parametri di imaging con le caratteristiche patologiche del tumore. D'altra parte gli investigatori vogliono correlare il GTV definito sulle modalità di imaging funzionale con il GTV patologico e vedere se queste modalità possono aiutarci a delineare il GTV in modo più accurato in futuro.

1.2. MODALITÀ DI IMMAGINAZIONE

1.2.1. Tomografia a emissione di positroni FDG (FDG-PET)

L'aumento del metabolismo del glucosio è una caratteristica fondamentale di molti tumori maligni, incluso l'HNSCC. La tomografia a emissione di positroni (PET) dopo l'iniezione di 2' fluorodeossiglucosio marcato radioattivamente (18F-FDG) può aiutarci a misurare e quantificare questo metabolismo nei tumori, utilizzando il valore di assorbimento standardizzato (SUV). Diversi studi hanno correlato un SUV elevato prima del trattamento con un esito significativamente peggiore nell'HNSCC. Inoltre sembra che la maggior parte delle recidive locali si verifichi all'interno del GTV definito dalla FDG-PET. La base molecolare per questo non è completamente compresa.

Le cellule tumorali in proliferazione consumano glucosio ad alta velocità e rilasciano lattato e non CO2. In questo modo omettono la fosforilazione ossidativa del glucosio guidata dai mitocondri dalla produzione di ATP (= effetto Warburg). Diversi parametri molecolari sono stati associati a questo interruttore glicolitico, come l'attivazione dell'HIF1α indotto dall'ipossia e l'aumentata presenza di proteine ​​​​di trasporto del glucosio GLUT. Finora non è stata trovata una chiara correlazione tra la presenza di ipossia e l'assorbimento di FDG.

1.2.2. Risonanza magnetica pesata in diffusione (DWI)

La risonanza magnetica pesata in diffusione (DWI) può caratterizzare i tessuti in base allo spostamento casuale delle molecole d'acqua. Nei tessuti biologici questo spostamento è limitato dalle barriere tessuto-specifiche sottostanti e questa differenza può essere quantificata e visualizzata utilizzando i valori del coefficiente di diffusione apparente (ADC). Uno studio su 165 pazienti nel nostro centro con HNSCC ha dimostrato che il valore ADC pre-trattamento è un fattore prognostico forte e indipendente per l'esito. I pazienti con un valore ADC elevato rispondono peggio alle radiazioni ionizzanti rispetto ai pazienti con un valore ADC inferiore. Al momento non esiste una chiara spiegazione del perché i tumori con una densità cellulare più elevata siano più radiosensibili dei tumori a bassa densità. Numerose caratteristiche microscopiche influenzano la diffusività dell'acqua nei tessuti (presenza di necrosi, densità cellulare, infiammazione, integrità delle membrane cellulari). Molti di questi influenzano anche la radio e la chemiosensibilità dei tumori.

1.2.3. Imaging a risonanza magnetica con contrasto dinamico (DCE-MRI)

La risonanza magnetica potenziata con contrasto dinamico (DCE-MRI) è una modalità di imaging non invasiva che è stata sviluppata e valutata per la caratterizzazione delle proprietà vascolari dei tessuti. Un'adeguata fornitura di ossigeno è essenziale per l'efficacia delle radiazioni ionizzanti. Tuttavia l'angiogenesi tumorale è tutt'altro che perfetta ei vasi neoformati mostrano permeabilità, tortuosità e una funzionalità generalmente scarsa. Queste proprietà vascolari potrebbero fornirci informazioni sull'aggressività e la radiosensibilità del tumore. La tomografia computerizzata dinamica (CT) ha dimostrato che le misurazioni della perfusione possono predire l'esito del cancro della testa e del collo dopo la radioterapia. Analogamente, anche la valutazione quantitativa della DCE-MRI è stata correlata alla risposta alle radiazioni ionizzanti nei pazienti con HNSCC. Un recente studio su un numero limitato di pazienti ha correlato alcuni parametri DCE-MRI con l'ipossia intratumorale. Tuttavia, finora non è stata effettuata alcuna correlazione spaziale.

OBIETTIVI DI STUDIO

2.1. OBIETTIVI PRIMARI

L'obiettivo principale di questo studio è correlare DWI, DCE-MRI e FDG-PET con la distribuzione spaziale dell'ipossia nei pazienti con carcinoma della testa e del collo.

2.2. OBIETTIVI SECONDARI

A. Correlare i risultati dell'imaging funzionale con i parametri molecolari intrinseci che descrivono la proliferazione, l'ipossia e il metabolismo del glucosio.

B. Convalidare l'uso dei marcatori di ipossia e del classificatore di espressione genica dell'ipossia a 15 geni.

C. Confrontare il volume del tumore derivato dalla patologia con i volumi delineati nelle diverse modalità di imaging anatomico e funzionale.

PROGETTAZIONE DI STUDIO

Il gruppo target di questo studio sono i pazienti con un carcinoma a cellule squamose della laringe istologicamente provato, eleggibile per intervento chirurgico, in stadio T3-4. Prima del trattamento i pazienti saranno sottoposti a FDG-PET/TC e risonanza magnetica con DW e DCE, dedicati alla visualizzazione ottimale del tumore primario e all'analisi. Le modalità di imaging verranno eseguite il più vicino possibile all'intervento (PET/TC una settimana prima dell'intervento; RM un giorno prima dell'intervento).

Prima del trattamento, tre fette sulle modalità di imaging saranno selezionate da un radiologo in base alla loro qualità visiva e all'eterogeneità dei parametri funzionali. Queste regioni di interesse saranno confrontate con diversi parametri istopatologici sul campione di resezione. Il radiologo selezionerà anche le regioni, sulla base dei parametri DWI e DCE, che si sospetta siano ipossiche. Da queste regioni verrà prelevata una biopsia.

Dopo la laringectomia totale, il campione di resezione sarà orientato e il materiale bioptico sarà ottenuto dalle regioni del tumore che sono state selezionate nelle modalità di imaging. Il resto del campione sarà fissato in formaldeide. Per tenere conto del restringimento del tumore dovuto alla fissazione, il campione di resezione verrà posto in una scatola di cartone con una soluzione di agarosio e scansionato con una risonanza magnetica con immagini T1w/T2. Da questo verrà calcolato un fattore di restringimento confrontando le immagini pesate T1 e T2 delineate.

Dopo la fissazione il tumore sarà tagliato in macrofette con uno spessore di circa 5mm. Su ogni macrofetta verrà delineato il volume tumorale. Usando questo, il volume patologico del tumore sarà determinato tenendo conto del fattore di restringimento precedentemente determinato. Questo volume patologico verrà confrontato con il volume del tumore delineato nelle modalità di imaging. Nelle diverse modalità di imaging funzionale preoperatorio, 4 osservatori separati delineeranno il GTV. I diversi volumi saranno confrontati e la sovrapposizione sarà calcolata dopo la ricostruzione e la registrazione del campione 3D.

Il GTV ottenuto dall'imaging funzionale sarà correlato con il volume tumorale patologico del campione di resezione. Queste informazioni ci forniranno maggiori informazioni sul vero potere delle tecniche di imaging funzionale studiate nella determinazione del volume del tumore. Questo è importante per valutare il ruolo delle modalità di imaging funzionale nella pianificazione del trattamento in futuro.

Ai tre livelli, scelti dal radiologo in base alle modalità di imaging, verranno prelevate fette spesse 4µm. Ad ogni livello verrà effettuata una colorazione immunoistochimica (colorazione GLUT-1, CA-IX, HIF-1α, VEGF e KI 67).

IHC sarà valutato in base a un sistema di punteggio semiquantitativo utilizzando un'analisi sul campo in cui a ciascun campo verrà assegnato un punteggio di 1-4 in base all'area approssimativa dell'immunocolorazione (0:0%, 1:1-5%, 2: 5- 15%, 3: 15-30% e 4: >30%.