Hypergepolariseerde edelgas-MRI-detectie van door straling veroorzaakt longletsel

Longkanker is de belangrijkste doodsoorzaak door kanker in de wereld; elk jaar eist longkanker meer dan 20.000 levens in Canada en meer dan een miljoen levens wereldwijd (1). Er zijn aanzienlijke verbeteringen aangebracht bij de behandeling van veel andere soorten kanker, maar de zorg voor longkanker heeft geen vergelijkbare successen geboekt. Zeventig procent van de kankers bevindt zich in een vergevorderd stadium bij de diagnose en bestraling speelt in deze gevallen een standaardrol als onderdeel van zowel radicale als palliatieve therapie. Normaal longweefsel is zeer gevoelig voor straling. Deze gevoeligheid vormt een serieus probleem; het kan stralingspneumonitis of fibrose (RILI) veroorzaken, wat kan leiden tot ernstige invaliditeit en soms de dood. Zevenendertig procent van de patiënten met thoraxkanker die met bestraling worden behandeld, ontwikkelt RILI; in 20% van de gevallen van bestralingstherapie is letsel aan de longen matig tot ernstig (2). Bovendien treedt door straling veroorzaakte pneumonitis op die symptomen veroorzaakt bij 5-50% van de personen die radiotherapie krijgen voor longkanker (3, 4).

De kansen op klinische bestralingspneumonitis zijn direct gerelateerd aan het bestraalde longvolume (5). Bij de bestralingsplanning wordt er momenteel echter van uitgegaan dat alle delen van de long even functioneel zijn. Identificatie van de gebieden van de long die functioneler zijn, zou gunstig zijn om prioriteit te geven aan die gebieden die tijdens de bestralingsplanning moeten worden gespaard. Om de hoeveelheid RILI te beperken om de longfunctie bij patiënten te behouden, plannen clinici bestraling met behulp van conforme of intensiteitsgemoduleerde radiotherapie (IMRT). Dit maakt gebruik van computertomografie (CT) -scans, die rekening houden met de anatomische locaties van zowel de ziekte als de long, maar de functionaliteit van de long zelf niet kunnen beoordelen. Een belangrijk onderdeel van de grondgedachte van IMRT is dat als de stralingsdoses die functioneel weefsel binnendringen beperkt zijn, de stralingsdosis kan worden gericht op tumoren om functionele weefsels te beschermen tegen letsel om de bestaande longfunctie te behouden (6). Daarom zou IMRT, om de toxiciteit optimaal te verminderen, niet alleen afhankelijk zijn van gegevens over de locatie van de tumor, maar ook over de regionale longfunctie.

Longfunctietesten (PFT's) kunnen een afname van de longfunctie als gevolg van de aanwezigheid van tumoren of RILI detecteren, maar omdat de metingen aan de mond worden uitgevoerd, geven PFT's geen regionale informatie over de longfunctie. Beeldvorming met positronemissietomografie (PET) kan worden gebruikt voor stralingsplanning, maar PET is beperkt in zijn vermogen om functioneel weefsel af te bakenen, het vereist toediening van een radiofarmaceutisch middel, het is een langzame modaliteit en, omdat het gebruik van een cyclotron vereist, het is duur. Computertomografie met enkelvoudige fotonenemissie (SPECT) om pulmonale perfusie te meten als middel om functioneel weefsel af te bakenen, is onderzocht (7-11). Terwijl SPECT niet-functioneel weefsel kan detecteren, biedt het een ruimtelijke resolutie die slechts de helft is van die van CT of PET, en heeft het niet de anatomische resolutie die nodig is voor optimaal gebruik met IMRT. Bovendien is SPECT, net als PET, een langzame modaliteit. Gezien de beperkingen van de bestaande beeldvormingsmodaliteiten, is er een dringende onvervulde medische behoefte aan een beeldvormingsmodaliteit die snel en niet-invasief aanvullende gegevens kan verschaffen over de regionale longfunctie, en die de weefseltoxiciteit bij radiotherapie voor niet-kleincellige longkanker zal beperken ( NSCLC).

Hyperpolarized (HP) gas magnetic resonance imaging (MRI) heeft het potentieel om in deze onvervulde behoefte te voorzien. HP gas MRI maakt gebruik van HP xenon-129 (129Xe) om niet-invasieve beeldvorming met hoge resolutie te bieden zonder de noodzaak van ioniserende straling, paramagnetische of gejodeerde chemische contrastmiddelen. HP gas-MRI biedt de enorme voordelen van het snel leveren van informatie met een hoge resolutie over de longen die niet-invasief, direct, functioneel en regionaal is. Conventionele MRI detecteert typisch de waterstof (1H) kern, wat beperkingen oplevert voor longbeeldvorming vanwege een gebrek aan watermoleculen in de longen. HP-gas-MRI detecteert 129Xe-kernen, die zijn gepolariseerd met behulp van spin-exchange optische pomptechniek (SEOP) om hun effectieve MR-signaalintensiteit met ongeveer 100.000 keer te vergroten. HP-gas-MRI is al zeer succesvol geweest voor pulmonale beeldvorming en biedt beeldvormingsinformatie met hoge resolutie over de longstructuur, de ventilatiefunctie en de luchtuitwisselingsfunctie. De technologie is nuttig gebleken voor het in beeld brengen van astma, chronische obstructieve longziekte (COPD) en cystische fibrose, en voor het beoordelen van de werkzaamheid van therapieën voor deze ziekten (12-21). In dit project stellen de onderzoekers voor om een ​​beeldvormingstechnologie te ontwikkelen voor het afbakenen van gebieden van de longen bij mensen die niet-functioneel zijn versus gebieden die levensvatbaar zijn; het gebruik van hypergepolariseerde (HP) xenon-129 (129Xe) magnetische resonantie beeldvorming (MRI), zal bundelplanningstrategieën beter informeren, in een poging RILI bij longkankerpatiënten te verminderen.