Voorspelling van het resultaat na chemoradiotherapie voor hoofd-halskanker met behulp van functionele beeldvorming en tumorbiologie

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. Hoewel de locoregionale controle de afgelopen tien jaar is verbeterd, kan de aan de behandeling gerelateerde toxiciteit ernstig zijn, waarbij xerostomie en dysfagie de kwaliteit van leven van de patiënt ernstig compliceren.

Bovendien wordt het steeds duidelijker dat hoewel deze tumoren qua locatie en basishistologie identiek kunnen zijn, hun respons op behandeling sterk verschilt. Dit impliceert dat voor een subgroep van patiënten gelijke locoregionale controlepercentages kunnen worden bereikt met een minder intensief en bijgevolg minder toxisch behandelingsschema. Dit in tegenstelling tot de groep patiënten die tijdens de follow-up een locoregionaal recidief ontwikkelt, voor wie de huidige behandeling blijkbaar onvoldoende is. Deze patiënten kunnen baat hebben bij een intensiever behandelingsschema, d.w.z. een hogere dosis straling.

Deze verschillen in gevoeligheid voor behandeling kunnen worden verklaard door variaties in biologische, moleculaire en genetische factoren. Klinische parameters alleen zijn onvoldoende om de respons te voorspellen. Het identificeren van de verschillende moleculaire en genetische factoren zou ons helpen de nauwkeurigheid van de responsvoorspelling te vergroten en op basis van deze factoren de behandeling meer individueel af te stemmen op elke patiënt. Daarom willen we een prognostisch en voorspellend model ontwikkelen met goed gedefinieerde moleculaire en beeldvormingsparameters die veelbelovend zijn in responsvoorspelling na ioniserende straling.

1.2. Genetische en moleculaire tumorkarakteristieken

De eerste parameter die we verder willen onderzoeken is tumorhypoxie. Hypoxie is geïdentificeerd als een factor die de agressiviteit van de tumor verhoogt en de radiosensitiviteit vermindert. In het verleden zijn verschillende technieken toegepast om biologisch relevante tumorhypoxie op te sporen, maar geen van deze wordt tegenwoordig in de dagelijkse klinische praktijk gebruikt. Onlangs werd een op polymerasekettingreactie (PCR) gebaseerde gensignatuur voor hypoxie-classificatie gepubliceerd door Toustrup et al. Deze classificator stelt ons in staat om biologisch relevante tumorhypoxie en bijgevolg tumoragressiviteit en weerstand tegen ioniserende bestraling te bestuderen. Deze analyse zal worden uitgevoerd op biopsieën die voorafgaand aan de behandeling zijn verkregen. Een deel van dit biopsiemateriaal zal ook worden opgeslagen in onze biobank. Dit zal toekomstig onderzoek naar veelbelovende moleculaire en genetische parameters (zoals HPV-gecorreleerde overexpressie van p16 bijvoorbeeld) op een goed gedefinieerde en gestructureerde patiëntendatabase vergemakkelijken.

1.3. Beeldparameters

Naast deze belangrijke moleculaire en genetische tumorkarakteristieken zullen ook verschillende functionele beeldvormingsparameters in ons model worden opgenomen. In tegenstelling tot anatomische beeldvorming, geven functionele beeldvormingsmodaliteiten ons een dieper inzicht in de onderliggende biologische activiteit en microstructuur van de tumor.

Diffusion weighted magnetic resonance imaging (DWI) kan weefsels karakteriseren op basis van de willekeurige verplaatsing van waterprotonen. Deze verplaatsing kan worden gekwantificeerd met behulp van de schijnbare diffusiecoëfficiënt (ADC). Voorlopige studies bij HNSCC hebben het prognostische en voorspellende potentieel van herhaalde DWI vroeg tijdens en na de behandeling aangetoond.

Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging (DCE-MRI) is een tweede techniek, die veelbelovend is als een vroege indicator van respons op ioniserende straling. Veel kwaadaardige tumoren vertonen neovasculariteit of angiogenese. Deze processen zijn echter gebrekkig en als resultaat vertonen deze nieuw gesynthetiseerde vaten een hoge permeabiliteit, kronkeligheid en over het algemeen een slechte functionaliteit. Dit kan resulteren in een slechte zuurstoftoevoer naar de tumorcellen, wat de effectiviteit van de bestralingsbehandeling van de tumor in gevaar kan brengen. Daarom kunnen de vasculaire eigenschappen van een tumor, beoordeeld met DCE-MRI, een prognostische indicator zijn van de agressiviteit ervan.

STUDIE DOELSTELLINGEN

2.1. Primaire doelen

Het belangrijkste doel van deze studie is om klinische, moleculaire en radiologische voorspellers te correleren met uitkomst, zoals gedefinieerd door locoregionale controle en ziektevrije overleving. Op deze manier zullen we een prognostisch/voorspellend model ontwikkelen. Het voorspellende model zal een belangrijke rol spelen bij de individualisering van de behandeling, waardoor een optimale behandeling wordt gegarandeerd en onder- en overbehandeling wordt voorkomen.

2.2. Secundaire doelstellingen

• We willen nieuwe inzichten krijgen in de tumorbiologie en microstructuur door beeldvorming en moleculaire/genetische markers te correleren in een goed gedefinieerde patiëntenpopulatie.
• We willen de verschillende beeldvormende technieken valideren.
• We willen in de toekomst een correlatie maken tussen hypoxie en andere voorspellende biomarkers, door het verkregen weefsel in deze studie op te slaan in onze biobank.

STUDIE ONTWERP

We stellen voor om een ​​studie op te zetten waarin we prospectief patiënten met lokaal gevorderde hoofd-halskanker zullen includeren die zullen worden behandeld met gelijktijdige chemoradiotherapie zoals beslist na multidisciplinair overleg. Een overzicht van de proef is weergegeven in de onderstaande figuur. Alle patiënten die in aanmerking komen (niet-gemetastaseerd lokaal gevorderd plaveiselcelcarcinoom van het hoofd en de hals, behandeld met chemoradiotherapie, karnofsky-performancestatus ≥ 70% en ≥ 18 jaar oud) worden opgenomen na schriftelijke geïnformeerde toestemming. Staging met een laryngoscopie, CT van de nek, MRI van de nek en een PET-CT zal routinematig worden uitgevoerd.

De CRT-behandeling bestaat uit radiotherapie tot 72 Gy volgens een versneld hypergefractioneerd schema. Dag 1 en dag 22 van de behandeling Cisplatine 100 mg/m² zal worden toegediend.

Enkele dagen voor de behandeling worden tumorbiopten afgenomen. Het hypoxie-genexpressieprofiel zal worden afgeleid van het tumormateriaal (15 genen op PCR die individueel of als een groep kunnen worden geanalyseerd via één binaire variabele).

Het weefsel dat wordt gebruikt voor RNA- en DNA-extractie moet worden geflankeerd door H&E-kleuring die de aanwezigheid van de tumor bevestigt. Van de biopsie worden de twee uiteinden afgesneden en in paraffine gefixeerd. Dit weefsel wordt opgeslagen in de biobank. Het middelste deel van het weefsel wordt later in RNA opgeslagen en zal gedeeltelijk worden gebruikt om DNA en RNA te extraheren. RNA zal worden gebruikt om cDNA te synthetiseren om de qPCR-analyse voor de hypoxische classificator uit te voeren.

Patiënten ondergaan ook een DWI MRI en DCE-beeldvorming vóór en 3 weken na CRT. Laesies zullen kwantitatief worden beoordeeld door handmatige afbakening van interessegebieden (ROI) over de tumor op de oorspronkelijke DWI- en DCE-MRI-beelden. ADC-waarden en (semi-)kwantitatieve DCE-parameters worden respectievelijk berekend.

Alle hierboven beschreven gegevens zullen samen met de beschikbare klinische gegevens in het prognostische model worden geïntegreerd.