PH-gevoelige MRI-gebaseerde resecties van glioblastoom

We hebben eerder de moeilijkheid aangepakt bij het identificeren van tumoren in niet-versterkende (NE) T2-hyperintensieve gebieden rond het contrastversterkende grootste deel van de tumor. 19 We hebben pH-gevoelige amine-chemische uitwisselingsverzadiging-overdracht-echo-planaire beeldvorming (CEST-EPI) toegepast op patiënten met glioblastoom. CEST-beeldvorming kan gebruik maken van de detectie van snel uitwisselende amineprotonen om een ​​beeldcontrast te verkrijgen dat afhankelijk is van de zuurgraad van het weefsel. Bulkwaterprotonen ondergaan chemische uitwisseling met amineprotonen. CEST-beeldvorming detecteert de verzwakking van de magnetisatie van bulkwater na een verzadigingspuls, die kan variëren afhankelijk van de concentratie van amineprotonen. Dit contrast kan worden gekwantificeerd als de asymmetrie in de magnetisatieoverdrachtsverhouding (MTRasym) ten opzichte van de resonantiefrequentie van waterprotonen. Het is bekend dat tumorcellen verhoogde niveaus van extracellulair waterstof produceren, gegeven 1) een hogere stofwisseling als gevolg van een verhoogde celvernieuwing en 2) een affiniteit voor anaërobe glycolyse – het Warburg-effect. We hebben actieve tumorlast en actieve replicatie aangetoond die optreedt in infiltrerende glioblastoomcellen. en dus gebruik gemaakt van CEST-beeldvorming om infiltrerende tumorcellen te visualiseren. 19 Bij nieuw gediagnosticeerd en recidiverend glioblastoom, hogere mediane MTRasym bij 3 ppm binnen CEST+ NE-regio's p=0,007; p=0,0326] en hogere volumes CEST+ NE-tumor [p=0,020; p<0,001] waren geassocieerd met verminderde PFS. Prospectieve MRI-geleide biopsieën van CEST+ NE-gebieden lieten een correlatie zien met de aanwezigheid van celdichtheid en %Ki-67-positiviteit [p<0,001, p<0,001]. Bovendien zagen we, door pathologische diagnose als gouden standaard te gebruiken, een drempel van MTRasym > 1,50%, wat in staat is om tumorcellen te identificeren met een sensitiviteit van 100% en specificiteit van 71,4%. In niet-gepubliceerde gegevens met alleen aanvullende monsters van nieuw gediagnosticeerd WHO IV-glioblastoom, was de berekende gevoeligheid en specificiteit 100% bij gebruik van neuropathologisch onderzoek als de gouden standaard. Bovendien identificeerde bij gebruik van single cell RNA sequencing (scRNAseq) detectie van tumorcellen via kopie-aantalvariatieanalyse als de gouden standaard, uit 17 biopsieën in CEST+ NE-regio's, dezelfde drempel van 1,50% tumorcellen met een gevoeligheid van 93% en specificiteit van 100%. Gezien de sterke correlatie tussen tumorcellen en CEST+ NE-regio's, hebben we voorlopig CEST+ NE-resecties uitgevoerd bij 5 patiënten met nieuw gediagnosticeerd WHO IV-glioblastoom. In deze voorlopige gegevens vonden we geen significante postoperatieve complicaties bij de grotere resecties (Figuur 6B). Alle patiënten kregen standaard adjuvante therapie (temozolomide + radiotherapie) en geen van de patiënten ondervond progressie (mediane PFS 13 maanden). Met deze gegevens veronderstellen we dat maximale veilige resectie van CEST+ NE-gebieden de postoperatieve tumorcelbelasting zal minimaliseren en een verhoogde overleving mogelijk zal maken.

Experimentele aanpak. We zullen een prospectieve, gerandomiseerde gecontroleerde studie uitvoeren naar chirurgische resectie van glioblastoom met pH-gevoelige amine CEST-EPI. Patiënten zullen door mij worden ingeschreven bij het UCLA Ronald Reagan Medical Center. De afdeling neurochirurgie hersentumorprogramma van de UCLA is een grootschalig neuro-oncologisch centrum. We voltooien jaarlijks meer dan 300 operaties voor glioom, we beschikken over een door CAST geaccrediteerde neuro-oncologiebeurs en we beschikken over een SPORE-subsidie ​​voor hersentumoren. Gezien deze geschiedenis achten wij het haalbaar om over een periode van drie jaar 60 patiënten (15 per jaar) te rekruteren voor deelname aan dit onderzoek. We zullen patiënten rekruteren met beeldvorming die consistent is met glioblastoom van WHO-graad IV. 51 Ik zal rechtstreeks geïnformeerde toestemming geven voor deelname aan het onderzoek, samen met geïnformeerde toestemming voor de operatie zelf. Voorafgaand aan de randomisatie zullen alle patiënten een preoperatieve medische goedkeuring ondergaan en standaard preoperatieve medicatietoediening ondergaan (levetiracetam 100 mg tweemaal daags en dexamethason 4 mg driemaal daags). Alle patiënten zullen binnen 1 week na de operatie een preoperatieve standaard anatomische MRI 52 ondergaan (3T Siemens Prisma, Siemens Healthcare, Erlangen, Duitsland). MRI-sequenties omvatten: 1 mm 3D inversie-herstelgradiënt opgeroepen echobeelden vóór en na injectie van gadoliniumcontrast (Gd-DTPA, 0,1 mmol/kg), en dual-echo protondichtheid T2-gewogen turbo-spin-echobeelden. Er zal pH-gewogen amine CEST echo planaire MRI27 worden verkregen (gezichtsveld: 256 x 256 mm2, matrixgrootte: 128 x 128, plakdikte 4 mm, scantijd: ongeveer 5 minuten).

Beeldgegevens worden van de PACS-server gedownload naar laboratoriumservers voor nabewerking en analyse (Figuur 7). Dit zal bestaan ​​uit affiene bewegingscorrectie (mcflirt; FSL, FMRIB, Oxford, UK) en registratie op anatomische T1 met contrastbeelden. MTRasym wordt berekend voor alle voxels van CEST-sequenties. Alle verdere beeldanalyses zullen worden uitgevoerd op AFNI (software voor analyse en visualisatie van functionele magnetische resonantie neurobeelden). 53 Om interessegebieden te verkrijgen op basis van MTRasym-afwijkingen, zullen we eerst de CE-tumor identificeren door een voxel-voor-voxel-aftrekking van de beeldintensiteit van T1 zonder contrast van T1 met contrast. 16 Met behulp van een intensiteitsdrempel zal CE worden gesegmenteerd en voor tumoren met een necrotische of cystische kern zullen deze worden gevuld om CE-tumorregio's van belang (ROI) te verkrijgen. Deze ROI zal volumetrisch worden uitgebreid om NE ROI te verkrijgen. De NE ROI zal mede worden geregistreerd op MTRasym-kaarten en worden gefilterd op minimumwaarde 1,5, waarvan is aangetoond dat deze de aanwezigheid van tumorcellen met hoge gevoeligheid en specificiteit voorspelt. 19 Ten slotte zal de CE ROI worden afgetrokken van de NE ROI die is gefilterd op abnormale MTRasym-waarden om een ​​CEST+ NE-tumorgebied te verkrijgen (Figuur 7). Voorafgaand aan de operatie worden de proefpersonen gerandomiseerd. Bij patiënten die gerandomiseerd zijn naar de experimentele arm zullen CEST+ NE-segmentaties worden geüpload naar intraoperatieve objecten met behulp van onze intraoperatieve neuronavigatiesoftware (BrainLab Surgical Navigation System, München, Duitsland). Bij patiënten die zijn gerandomiseerd naar de standaardbehandelingsarm, worden standaard MRI's met contrastsequenties geüpload naar de intraoperatieve neuronavigatiesoftware. Tijdens de operatie zal ik standaardresectie van het contrastversterkende deel van de tumor uitvoeren (standaardzorgarm) of standaardzorgresectie plus maximaal veilige chirurgische resectie van CEST+NE-gebieden (experimentele arm). Maximaal veilige chirurgische resectie omvat het volledig vermijden van welsprekend (motorisch, taal) weefsel. Standaard postoperatieve zorg zal bij alle patiënten worden uitgevoerd. Adjuvante therapie omvat standaard synchrone orale temozolomide (6 weken) en bestralingstherapie van 60 Gy over 30 fracties van de resectieholte. Standaard MRI met en zonder contrast zal worden gebruikt als surveillance beeldvorming en RANO-criteria zullen worden gebruikt om herhaling te bepalen. Het primaire eindpunt zal de progressievrije overleving zijn en de secundaire eindpunten zullen de algehele overleving, het aantal chirurgische complicaties en de verschillen in de kwaliteit van leven zijn, zoals gemeten aan de hand van pre- en postoperatieve Karnofsky-prestatieschaalscores.

Statistisch plan. Gebruikmakend van onze voorlopige gegevens over CEST+ NE-resecties en mediane PFS (6 maanden) voor ons grotere 10-jarige cohort van patiënten met nieuw gediagnosticeerd glioblastoom, berekenden we een steekproefomvang van 60 om een ​​power van 95% te verkrijgen om een ​​betekenisvol verschil van 6 maanden te detecteren in PFS op een significantieniveau van 0,05. Klinische kenmerken geassocieerd met overleving (leeftijd, pre-operatieve KPS) zullen worden vergeleken met behulp van onafhankelijke steekproef-t-tests om ondanks randomisatie op bias te beoordelen. Er zullen multivariate cox- en log-ranktests worden gebruikt om de overlevingsresultaten te vergelijken. Onafhankelijke Chi-kwadraattests zullen worden gebruikt om verschillen in het aantal chirurgische complicaties en postoperatieve Karnofsky-prestatieschaalveranderingen te vergelijken.