두경부 편평 세포 암종에서 기능 영상의 병리학적 검증

배경 및 설정

1.1. 소개

동시(화학) 방사선 요법(CRT)은 국소적으로 진행된 두경부 편평 세포 암종(HNSCC) 환자를 위한 현재 치료 표준입니다. 중요한 기능적 구조와 종양의 근접성은 치료를 매우 복잡하게 만듭니다. 치료 관련 독성은 구강건조증 및 삼킴곤란으로 심각할 수 있어 환자의 삶의 질을 심각하게 복잡하게 만듭니다. 변경된 분류 일정 및/또는 동시 화학 요법의 사용으로 국소적 통제가 크게 향상되어 전체 생존율이 크게 향상되었습니다. 국소적으로 진행된 HNSCC에 대해 RT로 치료받은 환자의 예후가 지속적으로 개선되고 있지만 여전히 많은 수의 국소 실패가 있습니다.

고도의 등각 방사선 요법을 사용하여 조사자는 주변 조직에 대한 선량을 유지하거나 줄이면서 종양의 방사선 저항성이 더 높은 부분에 더 높은 선량을 제공함으로써 치료 지수를 높일 수 있습니다. 기능적 이미징은 이러한 방사선 저항성 하위 용적을 정의하는 데 도움이 될 수 있으며 향후 총 종양 용적(GTV)을 더 잘 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 양전자 방출 단층 촬영(PET), 확산 가중 자기 공명 영상(DWI) 및 동적 조영 증강 MRI(DCE-MRI)는 종양의 근본적인 생물학적 및 미세 구조적 특성에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 수 있습니다. 그러나 현재 조사관은 이러한 기능적 이미징 양식에서 얻은 다양한 이미징 매개변수를 해석하는 방법을 확신하지 못합니다. 따라서 연구자들은 이미징 매개변수를 종양의 병리학적 특성과 연관시키기를 원합니다. 다른 한편으로 조사관은 병리학적 GTV와 기능적 영상 양식에 정의된 GTV를 연관시키고 이러한 양식이 미래에 GTV를 더 정확하게 묘사하는 데 도움이 될 수 있는지 확인하기를 원합니다.

1.2. 이미징 방식

1.2.1. FDG-양전자 방출 단층 촬영(FDG-PET)

포도당 대사 증가는 HNSCC를 포함한 많은 악성 종양의 근본적인 특징입니다. 방사성 표지된 2' 플루오로데옥시글루코스(18F-FDG)를 주입한 후 양전자 방출 단층 촬영(PET)은 표준화된 흡수 값(SUV)을 사용하여 종양에서 이러한 대사를 측정하고 정량화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 여러 연구에서 치료 전 높은 SUV가 HNSCC에서 유의하게 더 나쁜 결과와 관련이 있었습니다. 또한 대부분의 국소 재발은 FDG-PET 정의 GTV 내에서 발생하는 것으로 보입니다. 이에 대한 분자 기반은 완전히 이해되지 않았습니다.

증식하는 종양 세포는 포도당을 높은 비율로 소비하고 CO2가 아닌 젖산염을 방출합니다. 이런 식으로 그들은 ATP 생산에서 포도당의 미토콘드리아 주도 산화적 인산화를 생략합니다(=바르부르크 효과). 저산소증 유도 HIF1α의 활성화 및 GLUT 포도당 수송 단백질의 존재 증가와 같은 몇 가지 분자 매개변수가 이 당분해 스위치와 관련되어 있습니다. 지금까지 저산소증의 존재와 FDG 섭취 사이에 명확한 상관관계가 발견되지 않았습니다.

1.2.2. 확산강조 자기공명영상(DWI)

확산 가중 자기 공명 영상(DWI)은 물 분자의 무작위 변위를 기반으로 조직을 특성화할 수 있습니다. 생물학적 조직에서 이 변위는 기본 조직별 장벽에 의해 제한되며 이 차이는 겉보기 확산 계수(ADC) 값을 사용하여 정량화하고 시각화할 수 있습니다. HNSCC 센터에서 165명의 환자를 대상으로 한 연구에서 치료 전 ADC 값이 결과에 대한 강력하고 독립적인 예후 인자임을 입증했습니다. ADC 값이 높은 환자는 ADC 값이 낮은 환자보다 이온화 방사선에 더 나쁘게 반응합니다. 현재 세포 밀도가 높은 종양이 밀도가 낮은 종양보다 방사선에 더 민감한 이유에 대한 명확한 설명은 없습니다. 많은 미세한 특징이 조직의 수분 확산에 영향을 미칩니다(괴사의 존재, 세포 밀도, 염증, 세포막의 완전성). 이들 중 다수는 또한 종양의 방사선 및 화학 감수성에 영향을 미칩니다.

1.2.3. 동적 조영 증강 자기 공명 영상(DCE-MRI)

동적 조영 증강 MRI(DCE-MRI)는 조직의 혈관 특성을 특성화하기 위해 개발되고 평가된 비침습적 이미징 방식입니다. 이온화 방사선의 경우 유효성을 위해 적절한 산소 공급이 필수적입니다. 그러나 종양 혈관 신생은 완벽하지 않으며 새로 형성된 혈관은 투과성, 비틀림 및 일반적으로 열악한 기능을 나타냅니다. 이러한 혈관 특성은 종양의 공격성과 방사선 민감성에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 동적 컴퓨터 단층 촬영(CT)은 관류 측정이 방사선 요법 후 두경부암의 결과를 예측할 수 있음을 입증했습니다. 마찬가지로 DCE-MRI의 정량적 평가는 HNSCC 환자의 이온화 방사선에 대한 반응과도 관련이 있습니다. 제한된 수의 환자에 대한 최근 시험에서 특정 DCE-MRI 매개변수와 종양내 저산소증의 상관관계가 나타났습니다. 그러나 지금까지 공간 상관관계는 수행되지 않았습니다.

연구 목적

2.1. 주요 목표

이 연구의 주요 목적은 DWI, DCE-MRI 및 FDG-PET와 두경부암 환자의 저산소증의 공간적 분포를 연관시키는 것입니다.

2.2. 2차 목표

A. 증식, 저산소증 및 포도당 대사를 묘사하는 고유 분자 매개변수와 기능적 이미징에 대한 결과를 연관시키기 위해.

B. 저산소증 마커 및 15-유전자 저산소증 유전자 발현 분류기의 사용을 검증하기 위함.

C. 병리학에서 파생된 종양 부피를 여러 해부학적 및 기능적 이미징 방식에 대해 기술된 부피와 비교합니다.

연구 설계

이 시험의 대상 그룹은 조직학적으로 입증된 후두의 편평 세포 암종을 가진 환자로, 수술에 적합한 T3-4 병기입니다. 치료 전에 환자는 FDG-PET/CT 및 DW 및 DCE를 사용한 MRI를 받게 되며, 이는 원발 종양 및 분석의 최적 시각화에 전념합니다. 이미징 양식은 가능한 한 수술과 가깝게 수행됩니다(수술 1주일 전 PET/CT, 수술 1일 전에 MRI).

치료 전에 이미징 양식의 3개 슬라이스는 시각적 품질과 기능적 매개변수의 이질성을 기반으로 방사선 전문의가 선택합니다. 이러한 관심 영역은 절제 표본의 다른 조직병리학적 매개변수와 비교됩니다. 방사선과 전문의는 저산소증이 의심되는 DWI 및 DCE 매개변수를 기반으로 지역을 선택합니다. 이 지역에서 생검을 할 것입니다.

전후두절제술 후 절제 표본의 방향을 정하고 이미징 양식에서 선택한 종양 부위에서 생검 재료를 채취합니다. 표본의 나머지 부분은 포름알데히드로 고정합니다. 고정으로 인한 종양 수축을 설명하기 위해 절제 표본을 아가로스 용액이 있는 판지 상자에 넣고 T1w/T2 이미지가 있는 MRI로 스캔합니다. 이로부터 축소 계수는 묘사된 T1 및 T2 가중 이미지를 비교하여 계산됩니다.

고정 후 종양은 약 5mm 두께의 거대절편으로 절단됩니다. 각 macroslice 종양 볼륨에 묘사됩니다. 이를 사용하여 이전에 결정된 수축 계수를 고려하여 병리학적 종양 부피가 결정됩니다. 이 병리학적 부피는 이미징 양식에 기술된 종양 부피와 비교됩니다. 다른 수술 전 기능적 이미징 방식에서 4명의 개별 관찰자가 GTV를 묘사합니다. 3D 표본 재구성 및 등록 후 서로 다른 부피가 비교되고 중첩이 계산됩니다.

기능 영상에서 얻은 GTV는 절제 표본의 병리학적 종양 부피와 상관관계가 있습니다. 이 정보는 종양 부피를 결정할 때 조사된 기능적 이미징 기술의 진정한 힘에 대한 더 많은 통찰력을 제공할 것입니다. 이는 향후 치료 계획에서 기능적 영상 기법의 역할을 평가하는 데 중요합니다.

이미징 양식에서 방사선 전문의가 선택한 세 가지 레벨에서 4µm 두께의 슬라이스가 촬영됩니다. 각 수준에서 면역조직화학적 염색이 수행될 것이다(GLUT-1, CA-IX, HIF-1α, VEGF 및 KI 67 염색이 수행될 것이다).

IHC는 대략적인 면역염색 영역(0:0%, 1:1-5%, 2:5- 15%, 3: 15-30% 및 4: >30%.