Pathologische validatie van functionele beeldvorming bij plaveiselcelcarcinoom van hoofd en nek

ACHTERGROND EN INSTELLING

1.1. INVOERING

Gelijktijdige (chemo-)radiotherapie (CRT) is de huidige standaardbehandeling voor patiënten met lokaal gevorderd hoofd-hals plaveiselcelcarcinoom (HNSCC). De nabijheid van belangrijke functionele structuren met de tumor maakt de behandeling echter zeer complex. Aan de behandeling gerelateerde toxiciteit kan ernstig zijn, waarbij xerostomie en dysfagie de kwaliteit van leven van de patiënt ernstig compliceren. Het gebruik van gewijzigde fractioneringsschema's en/of gelijktijdige chemotherapie heeft geresulteerd in substantiële winsten in locoregionale controle, wat heeft geleid tot significante verbeteringen in de algehele overleving. Hoewel de prognose van patiënten die met RT worden behandeld voor lokaal gevorderde HNSCC voortdurend verbetert, is er nog steeds een groot aantal locoregionale mislukkingen.

Door zeer conforme radiotherapie te gebruiken, kunnen de onderzoekers de therapeutische index verhogen door hogere doses toe te dienen aan de meer radioresistente delen van de tumor, terwijl de dosis voor de omliggende weefsels behouden blijft of zelfs verlaagd wordt. Functionele beeldvorming kan ons helpen om deze radioresistente subvolumes te definiëren en om in de toekomst het bruto tumorvolume (GTV) beter af te bakenen. Positronemissietomografie (PET), Diffusion Weighted Magnetic Resonance Imaging (DWI) en Dynamic Contrast Enhanced MRI (DCE-MRI) kunnen ons meer inzicht geven in de onderliggende biologische en microstructurele kenmerken van de tumor. Op dit moment weten de onderzoekers echter niet zeker hoe ze de verschillende beeldvormingsparameters die uit deze functionele beeldvormingsmodaliteiten worden verkregen, moeten interpreteren. Daarom willen de onderzoekers de beeldvormingsparameters correleren met de pathologische kenmerken van de tumor. Aan de andere kant willen de onderzoekers de GTV gedefinieerd op de functionele beeldvormingsmodaliteiten correleren met de pathologische GTV, en kijken of deze modaliteiten ons kunnen helpen om de GTV in de toekomst nauwkeuriger af te bakenen.

1.2. BEELDMODALITEITEN

1.2.1. FDG-positronemissietomografie (FDG-PET)

Verhoogd glucosemetabolisme is een fundamenteel kenmerk van veel kwaadaardige tumoren, waaronder HNSCC. Met positronemissietomografie (PET) na injectie van radioactief gelabelde 2'-fluordeoxyglucose (18F-FDG) kunnen we dit metabolisme in tumoren meten en kwantificeren met behulp van de gestandaardiseerde opnamewaarde (SUV). Verschillende onderzoeken hebben een hoge SUV voorafgaand aan de behandeling gecorreleerd met een significant slechter resultaat bij HNSCC. Verder blijkt dat de meeste lokale recidieven optreden binnen de FDG-PET gedefinieerde GTV. De moleculaire basis hiervoor is niet helemaal duidelijk.

Prolifererende tumorcellen consumeren glucose in een hoog tempo en geven lactaat vrij in plaats van CO2. Op deze manier laten ze de door mitochondriën aangedreven oxidatieve fosforylering van glucose achterwege bij de productie van ATP (=Warburg-effect). Verschillende moleculaire parameters zijn in verband gebracht met deze glycolytische omschakeling, zoals activering van de door hypoxie geïnduceerde HIF1α en de verhoogde aanwezigheid van GLUT-glucosetransporteiwitten. Tot nu toe is er geen duidelijke correlatie gevonden tussen de aanwezigheid van hypoxie en FDG-opname.

1.2.2. Diffusiegewogen magnetische resonantiebeeldvorming (DWI)

Diffusion weighted magnetic resonance imaging (DWI) kan weefsels karakteriseren op basis van de willekeurige verplaatsing van watermoleculen. In biologische weefsels wordt deze verplaatsing beperkt door onderliggende weefselspecifieke barrières en dit verschil kan worden gekwantificeerd en gevisualiseerd met behulp van waarden voor de schijnbare diffusiecoëfficiënt (ADC). Een studie bij 165 patiënten in ons centrum met HNSCC toonde aan dat de ADC-waarde vóór de behandeling een sterke en onafhankelijke prognostische factor is voor de uitkomst. Patiënten met een hoge ADC-waarde reageren slechter op ioniserende straling dan patiënten met een lagere ADC-waarde. Er is momenteel geen duidelijke verklaring waarom tumoren met een hogere celdichtheid radiosensitiever zijn dan tumoren met een lage dichtheid. Een aantal microscopisch kleine kenmerken beïnvloeden de diffusie van water in weefsel (aanwezigheid van necrose, celdichtheid, ontsteking, integriteit van celmembranen). Veel van deze hebben ook invloed op de radio- en chemosensitiviteit van de tumoren.

1.2.3. Dynamisch contrastversterkt Magnetische resonantiebeeldvorming (DCE-MRI)

Dynamic Contrast Enhanced MRI (DCE-MRI) is een niet-invasieve beeldvormingsmodaliteit die is ontwikkeld en geëvalueerd voor de karakterisering van vasculaire eigenschappen van weefsels. Adequate zuurstoftoevoer is essentieel voor de effectiviteit van ioniserende straling. Tumorangiogenese is echter verre van perfect en nieuw gevormde vaten vertonen permeabiliteit, kronkeligheid en een over het algemeen slechte functionaliteit. Deze vasculaire eigenschappen zouden ons inzicht kunnen geven in de agressiviteit en radiosensitiviteit van de tumor. Dynamische computertomografie (CT) heeft aangetoond dat perfusiemetingen de uitkomst van hoofd-halskanker na radiotherapie kunnen voorspellen. Evenzo is de kwantitatieve beoordeling van DCE-MRI ook gecorreleerd met de respons op ioniserende straling bij patiënten met HNSCC. Een recent onderzoek bij een beperkt aantal patiënten correleerde bepaalde DCE-MRI-parameters met intratumorale hypoxie. Tot nu toe is er echter geen ruimtelijke correlatie gedaan.

STUDIE DOELSTELLINGEN

2.1. PRIMAIRE DOELEN

Het belangrijkste doel van deze studie is om DWI, DCE-MRI en FDG-PET te correleren met de ruimtelijke verdeling van hypoxie bij patiënten met hoofd-halskanker.

2.2. SECUNDAIRE DOELSTELLINGEN

A. Bevindingen over functionele beeldvorming correleren met intrinsieke moleculaire parameters die proliferatie, hypoxie en glucosemetabolisme weergeven.

B. Om het gebruik van de hypoxie-markers en de 15-gen hypoxie-genexpressieclassificatie te valideren.

C. Om het tumorvolume zoals afgeleid uit pathologie te vergelijken met de volumes die zijn afgebakend op de verschillende anatomische en functionele beeldvormingsmodaliteiten.

STUDIE ONTWERP

De doelgroep van deze studie zijn patiënten met een histologisch bewezen plaveiselcelcarcinoom van het strottenhoofd, in aanmerking komend voor chirurgie, stadium T3-4. Voorafgaand aan de behandeling ondergaan de patiënten een FDG-PET/CT en MRI met DW en DCE, bestemd voor optimale visualisatie van de primaire tumor en analyse. De beeldvormingsmodaliteiten worden zo dicht mogelijk bij de operatie uitgevoerd (PET/CT een week voor de operatie; MRI een dag voor de operatie).

Voorafgaand aan de behandeling zullen drie plakjes op de beeldvormingsmodaliteiten worden geselecteerd door een radioloog op basis van hun visuele kwaliteit en heterogeniteit van functionele parameters. Deze interessegebieden zullen worden vergeleken met verschillende histopathologische parameters op het resectiepreparaat. De radioloog zal ook regio's selecteren, op basis van DWI- en DCE-parameters, waarvan wordt vermoed dat ze hypoxisch zijn. Van deze regio's zal een biopsie worden genomen.

Na totale laryngectomie wordt het resectiepreparaat georiënteerd en wordt biopsiemateriaal verkregen uit de gebieden in de tumor die zijn geselecteerd op de beeldvormingsmodaliteiten. De rest van het preparaat wordt gefixeerd in formaldehyde. Om rekening te houden met de krimp van de tumor als gevolg van fixatie, wordt het resectiepreparaat in een kartonnen doos met een agarose-oplossing geplaatst en gescand met een MRI met T1w/T2-beelden. Hieruit wordt een krimpfactor berekend, waarbij de afgebakende T1- en T2-gewogen beelden worden vergeleken.

Na fixatie wordt de tumor in macroplakjes gesneden met een dikte van ongeveer 5 mm. Op elke macroslice zal het tumorvolume worden afgebakend. Hiermee wordt het pathologische tumorvolume bepaald rekening houdend met de eerder bepaalde krimpfactor. Dit pathologische volume zal worden vergeleken met het tumorvolume dat is afgebakend op de beeldvormingsmodaliteiten. Op de verschillende preoperatieve functionele beeldvormingsmodaliteiten zullen 4 afzonderlijke waarnemers de GTV afbakenen. De verschillende volumes worden vergeleken en overlap wordt berekend na reconstructie en registratie van het 3D-monster.

De GTV verkregen uit de functionele beeldvorming zal worden gecorreleerd met het pathologische tumorvolume van het resectiepreparaat. Deze informatie zal ons meer inzicht geven in de ware kracht van de onderzochte functionele beeldvormingstechnieken bij het bepalen van het tumorvolume. Dit is belangrijk om de rol van functionele beeldvormingsmodaliteiten in de behandelplanning in de toekomst te beoordelen.

Op de drie niveaus, gekozen door de radioloog op basis van de beeldvormingsmodaliteiten, worden plakjes van 4 µm dik genomen. Op elk niveau zal een immunohistochemische kleuring worden uitgevoerd (GLUT-1, CA-IX, HIF-1α, VEGF en KI 67 kleuring zal worden uitgevoerd).

IHC zal worden gescoord volgens een semi-kwantitatief scoresysteem met behulp van een veldanalyse waarbij elk veld een score van 1-4 zal krijgen volgens het geschatte gebied van immunokleuring (0:0%, 1:1-5%, 2:5- 15%, 3: 15-30% en 4: >30%.