Resezioni basate su MRI sensibili al PH del glioblastoma

Abbiamo precedentemente affrontato la difficoltà nell'identificare il tumore nelle regioni iperintense T2 non-enhancing (NE) che circondano la maggior parte del tumore che aumenta il contrasto. 19 Abbiamo applicato l'imaging ecoplanare con trasferimento di saturazione e scambio chimico di ammine sensibili al pH (CEST-EPI) a pazienti con glioblastoma. L'imaging CEST può utilizzare il rilevamento di protoni amminici a scambio rapido per ottenere un contrasto di imaging che dipende dall'acidità dei tessuti. I protoni dell'acqua sfusa subiscono uno scambio chimico con protoni amminici. L'imaging CEST rileva l'attenuazione della magnetizzazione dell'acqua in massa a seguito di un impulso di saturazione, che può variare in base alla concentrazione di protoni amminici. Questo contrasto può essere quantificato come l'asimmetria nel rapporto di trasferimento della magnetizzazione (MTRasym) rispetto alla frequenza di risonanza dei protoni dell'acqua. È noto che le cellule tumorali producono livelli elevati di idrogeno extracellulare, dato 1) un tasso metabolico più elevato secondario all'aumento del turnover cellulare e 2) un'affinità per la glicolisi anaerobica - l'effetto Warburg. Abbiamo dimostrato un carico tumorale attivo e una replicazione attiva che si verifica nelle cellule di glioblastoma infiltranti. e quindi hanno sfruttato l'imaging CEST per visualizzare le cellule tumorali infiltranti. 19 Nel glioblastoma di nuova diagnosi e in recidiva, MTRasym mediano più alto a 3 ppm nelle regioni CEST+ NE p=0,007; p=0,0326] e volumi più elevati di tumore CEST+ NE [p=0,020; p<0,001] erano associati a una riduzione della PFS. Biopsie prospettiche guidate da MRI delle regioni CEST+ NE hanno mostrato una correlazione con la presenza di densità cellulare e positività %Ki-67 [p<0,001, p<0,001]. Inoltre, utilizzando la diagnosi patologica come gold standard, abbiamo visto una soglia di MTRasym > 1,50% in grado di identificare le cellule tumorali con una sensibilità del 100% e una specificità del 71,4%. Nei dati non pubblicati con campioni aggiuntivi solo provenienti da glioblastoma IV dell'OMS di nuova diagnosi, la sensibilità e la specificità calcolate erano del 100% quando si utilizzava la revisione neuropatologica come gold standard. Inoltre, quando si utilizza il rilevamento del sequenziamento dell'RNA di singola cellula (scRNAseq) delle cellule tumorali tramite analisi della variazione del numero di copie come gold standard, da 17 biopsie nelle regioni CEST+ NE, la stessa soglia dell'1,50% ha identificato le cellule tumorali con una sensibilità e specificità del 93% del 100%. Data la forte correlazione tra cellule tumorali e regioni CEST+ NE, abbiamo condotto resezioni preliminari CEST+ NE su 5 pazienti con glioblastoma IV WHO di nuova diagnosi. In questi dati preliminari, non abbiamo riscontrato complicanze postoperatorie significative con le resezioni più grandi (Figura 6B). Tutti i pazienti hanno ricevuto la terapia adiuvante standard di cura (temozolomide + radioterapia) e nessuno dei pazienti ha avuto progressione (PFS mediana 13 mesi). Con questi dati, ipotizziamo che la massima resezione sicura delle regioni CEST+ NE ridurrà al minimo il carico di cellule tumorali post-chirurgiche e consentirà una maggiore sopravvivenza.

Approccio sperimentale. Effettueremo uno studio prospettico, randomizzato e controllato sulla resezione chirurgica del glioblastoma con amina CEST-EPI sensibile al pH. I pazienti verranno arruolati da me presso il Ronald Reagan Medical Center dell'UCLA. Il programma per il tumore al cervello del dipartimento di neurochirurgia dell'UCLA è un centro neuro-oncologico ad alto volume. Effettuiamo oltre 300 interventi chirurgici per glioma su base annuale, ospitiamo una borsa di studio di neuro-oncologia accreditata CAST e disponiamo di una borsa di studio SPORE per i tumori cerebrali. Considerata questa storia, riteniamo fattibile reclutare 60 pazienti in 3 anni (15 all'anno) per partecipare a questo studio. Recluteremo pazienti con imaging compatibile con glioblastoma di grado IV dell'OMS. 51 Fornirò direttamente il consenso informato per la partecipazione alla sperimentazione insieme al consenso informato per l'intervento stesso. Prima della randomizzazione, tutti i pazienti saranno sottoposti ad autorizzazione medica preoperatoria e alla somministrazione di farmaci preoperatori standard (levetiracetam 100 mg BID e desametasone 4 mg TID). Tutti i pazienti verranno sottoposti a MRI anatomica standard preoperatoria 52 entro 1 settimana dall'intervento (3T Siemens Prisma, Siemens Healthcare, Erlangen, Germania). Le sequenze MRI includeranno: immagini eco richiamate con gradiente di inversione-recupero 3D da 1 mm prima e dopo l'iniezione di gadolinio come mezzo di contrasto (Gd-DTPA, 0,1 mmol/kg) e immagini turbo spin echo pesate in T2 con densità protonica a doppia eco. Verrà ottenuta l'ammina pesata in pH CEST echo planar MRI27 (campo visivo: 256 x 256 mm2, dimensione della matrice: 128 x 128, spessore della fetta 4 mm, tempo di scansione: circa 5 minuti).

I dati di imaging verranno scaricati dal server PACS sui server di laboratorio per la post-elaborazione e l'analisi (Figura 7). Ciò consisterà nella correzione affine del movimento (mcflirt; FSL, FMRIB, Oxford, UK) e nella registrazione in T1 anatomico con immagini di contrasto. MTRasym verrà calcolato per tutti i voxel delle sequenze CEST. Tutte le ulteriori analisi delle immagini verranno eseguite su AFNI (software per l'analisi e la visualizzazione delle neuroimmagini di risonanza magnetica funzionale). 53 Per ottenere regioni di interesse basate sull'anomalia MTRasym, identificheremo prima il tumore CE mediante una sottrazione voxel per voxel dell'intensità dell'immagine di T1 senza contrasto da T1 con contrasto. 16 Utilizzando una soglia di intensità, il CE verrà segmentato e, per i tumori con nucleo necrotico o cistico, questi verranno riempiti per ottenere le regioni tumorali di interesse (ROI) CE. Questa ROI verrà espansa volumetricamente per ottenere NE ROI. La ROI NE verrà co-registrata sulle mappe MTRasym e filtrata in base al valore minimo 1,5 che ha dimostrato di predire la presenza di cellule tumorali con elevata sensibilità e specificità. 19 Infine, la ROI CE verrà sottratta dalla ROI NE filtrata per valori MTRasym anomali per produrre una regione del tumore CEST+ NE (Figura 7). Prima dell'intervento chirurgico, i soggetti verranno randomizzati. I pazienti randomizzati al braccio sperimentale avranno le segmentazioni CEST+ NE caricate sugli oggetti intraoperatori utilizzando il nostro software di neuronavigazione intraoperatoria (BrainLab Surgical Navigation System, Monaco, Germania). I pazienti randomizzati al braccio di cura standard riceveranno una risonanza magnetica standard senza/senza sequenze di contrasto caricate nel software di neuronavigazione intraoperatoria. Durante l'intervento chirurgico, eseguirò la resezione standard di cura della porzione del tumore che aumenta il contrasto (braccio standard di cura) o la resezione standard di cura più resezione chirurgica massima sicura delle regioni CEST + NE (braccio sperimentale). La resezione chirurgica massimamente sicura prevede la completa evitamento del tessuto eloquente (motorio, linguistico). A tutti i pazienti verrà effettuata l'assistenza postoperatoria standard. La terapia adiuvante includerà temozolomide orale sincrona standard di cura (6 settimane) e radioterapia 60 Gy su 30 frazioni nella cavità di resezione. La risonanza magnetica standard con e senza contrasto verrà utilizzata come imaging di sorveglianza e i criteri RANO verranno utilizzati per determinare la recidiva. L'endpoint primario sarà la sopravvivenza libera da progressione e gli endpoint secondari saranno la sopravvivenza globale, il tasso di complicanze chirurgiche e le differenze nella qualità della vita misurate dai punteggi della scala di prestazione Karnofsky pre e postoperatoria.

Piano statistico. Utilizzando i nostri dati preliminari sulle resezioni CEST+ NE e sulla PFS mediana (6 mesi) per la nostra più ampia coorte di pazienti di 10 anni con glioblastoma di nuova diagnosi, abbiamo calcolato una dimensione del campione di 60 per fornire una potenza del 95% per rilevare una differenza significativa a 6 mesi nella PFS a un livello di significatività di 0,05. Le caratteristiche cliniche associate alla sopravvivenza (età, KPS preoperatorio) verranno confrontate utilizzando test t su campioni indipendenti per valutare eventuali errori nonostante la randomizzazione. Verranno utilizzati test multivariati di Cox e Log Rank per confrontare i risultati di sopravvivenza. Verranno utilizzati test chi quadrato su campioni indipendenti per confrontare le differenze nel tasso di complicanze chirurgiche e i cambiamenti della scala di prestazione di Karnofsky postoperatoria.