Rilevamento MRI di gas nobili iperpolarizzato di lesioni polmonari indotte da radiazioni

Il cancro del polmone è la principale causa di morte per cancro nel mondo; ogni anno il cancro del polmone miete oltre 20.000 vittime in Canada e più di un milione di vittime a livello globale (1). Sono stati fatti miglioramenti significativi nel trattamento di molti altri tipi di cancro, ma la cura del cancro del polmone non ha ottenuto successi simili. Il settanta per cento dei tumori è in fase avanzata alla diagnosi e in questi casi le radiazioni svolgono un ruolo standard come parte della terapia sia radicale che palliativa. Il tessuto polmonare normale è altamente sensibile alle radiazioni. Questa sensibilità pone un serio problema; può causare polmonite da radiazioni o fibrosi (RILI), che può causare gravi disabilità e talvolta la morte. Il 37% dei pazienti con cancro toracico trattati con radiazioni sviluppa RILI; nel 20% dei casi di radioterapia, il danno polmonare è da moderato a grave (2). Inoltre, la polmonite indotta da radiazioni che produce sintomi si verifica nel 5-50% degli individui sottoposti a radioterapia per cancro ai polmoni (3, 4).

Le probabilità di polmonite da radiazioni cliniche sono direttamente correlate al volume irradiato del polmone (5). Tuttavia, la pianificazione delle radiazioni attualmente presuppone che tutte le parti del polmone siano ugualmente funzionali. L'identificazione delle aree del polmone che sono più funzionali sarebbe utile per dare la priorità a quelle aree da risparmiare durante la pianificazione delle radiazioni. Al fine di limitare la quantità di RILI per preservare la funzione polmonare nei pazienti, i medici pianificano il trattamento con radiazioni utilizzando radioterapia conformazionale o a intensità modulata (IMRT). Questo fa uso di scansioni di tomografia computerizzata (TC), che tengono conto delle posizioni anatomiche sia della malattia che del polmone ma non possono valutare la funzionalità del polmone stesso. Una componente importante della logica dell'IMRT è che se le dosi di radiazioni che entrano nel tessuto funzionale sono limitate, la dose di radiazioni può essere focalizzata sui tumori per risparmiare i tessuti funzionali da lesioni per preservare la funzione polmonare esistente (6). Pertanto, per ridurre in modo ottimale la tossicità, l'IMRT dipenderebbe dai dati non solo della localizzazione del tumore, ma anche della funzione polmonare regionale.

I test di funzionalità polmonare (PFT) possono rilevare una diminuzione della funzionalità polmonare dovuta alla presenza di tumori o RILI, ma poiché le misurazioni vengono eseguite alla bocca, i PFT non forniscono informazioni regionali sulla funzionalità polmonare. La tomografia a emissione di positroni (PET) può essere utilizzata per la pianificazione delle radiazioni, ma la PET è limitata nella sua capacità di delineare il tessuto funzionale, richiede la somministrazione di un agente radiofarmaceutico, è una modalità lenta e, poiché richiede l'uso di un ciclotrone, è costoso. È stata esplorata la tomografia computerizzata a emissione di fotone singolo (SPECT) per misurare la perfusione polmonare come mezzo per delineare il tessuto funzionale (7-11). Sebbene la SPECT sia in grado di rilevare tessuti non funzionali, offre una risoluzione spaziale che è solo la metà di quella della TC o della PET e non possiede la risoluzione anatomica necessaria per un uso ottimale con l'IMRT. Inoltre, come la PET, la SPECT è una modalità lenta. Dati i limiti delle modalità di imaging esistenti, esiste un urgente bisogno medico insoddisfatto di una modalità di imaging in grado di fornire dati gratuiti sulla funzione polmonare regionale in modo rapido e non invasivo e che limiterà la tossicità tissutale nella radioterapia per il carcinoma polmonare non a piccole cellule. NSCLC).

La risonanza magnetica (MRI) a gas iperpolarizzato (HP) ha il potenziale per soddisfare questa esigenza insoddisfatta. HP gas MRI utilizza HP xenon-129 (129Xe) per fornire immagini non invasive ad alta risoluzione senza la necessità di radiazioni ionizzanti, agenti di contrasto chimici paramagnetici o iodati. HP gas MRI offre gli enormi vantaggi di fornire rapidamente informazioni ad alta risoluzione sui polmoni che sono non invasive, dirette, funzionali e regionali. La risonanza magnetica convenzionale rileva tipicamente il nucleo di idrogeno (1H), che presenta limitazioni per l'imaging polmonare a causa della mancanza di molecole d'acqua nei polmoni. HP gas MRI rileva i nuclei 129Xe, che sono polarizzati utilizzando la tecnica spin-exchange optical pumping (SEOP) per aumentare la loro effettiva intensità del segnale MR di circa 100.000 volte. La risonanza magnetica a gas HP ha già avuto un ampio successo per l'imaging polmonare, fornendo informazioni di imaging ad alta risoluzione sulla struttura polmonare, la funzione di ventilazione e la funzione di ricambio d'aria. La tecnologia si è dimostrata utile per l'imaging di asma, broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) e fibrosi cistica e per valutare l'efficacia delle terapie per queste malattie (12-21). In questo progetto, i ricercatori propongono di sviluppare una tecnologia di imaging per delineare le regioni del polmone nell'uomo che non sono funzionali rispetto a quelle che sono vitali; utilizzando la risonanza magnetica (MRI) iperpolarizzata (HP) allo xeno-129 (129Xe), informerà meglio le strategie di pianificazione del raggio, nel tentativo di ridurre il RILI nei pazienti con carcinoma polmonare.