Patologisk validering av funksjonell bildebehandling ved plateepitelkarsinom i hode og nakke

BAKGRUNN OG INNSTILLINGER

1.1. INTRODUKSJON

Samtidig (kjemo-) strålebehandling (CRT) er den gjeldende standarden for behandling for pasienter med lokalt avansert hode- og nakke plateepitelkarsinom (HNSCC). Nærheten til viktige funksjonelle strukturer med svulsten gjør behandlingen imidlertid svært kompleks. Behandlingsrelatert toksisitet kan være alvorlig med xerostomi og dysfagi som alvorlig kompliserer pasientens livskvalitet. Bruken av endrede fraksjoneringsplaner og/eller samtidig kjemoterapi har resultert i betydelige gevinster i lokoregional kontroll, noe som har ført til betydelige forbedringer i total overlevelse. Selv om prognosen for pasienter behandlet med RT for lokalt avansert HNSCC stadig forbedres, er det fortsatt et høyt antall lokoregionale feil.

Ved å bruke svært konform strålebehandling kan etterforskerne øke den terapeutiske indeksen ved å gi høyere doser til de mer radioresistente delene av svulsten mens de opprettholder eller til og med reduserer dosen til det omkringliggende vevet. Funksjonell avbildning kan hjelpe oss med å definere disse radioresistente undervolumene og hjelpe oss med å avgrense brutto tumorvolumet (GTV) bedre i fremtiden. Positronemisjonstomografi (PET), diffusjonsvektet magnetisk resonansavbildning (DWI) og dynamisk kontrastforsterket MR (DCE-MRI) kan gi oss ytterligere innsikt i svulstens underliggende biologiske og mikrostrukturelle egenskaper. For øyeblikket er imidlertid etterforskerne ikke sikre på hvordan de skal tolke de forskjellige avbildningsparametrene oppnådd fra disse funksjonelle avbildningsmodalitetene. Derfor ønsker etterforskerne å korrelere bildediagnostiske parametere med de patologiske egenskapene til svulsten. På den annen side ønsker etterforskerne å korrelere GTV definert på funksjonelle avbildningsmodaliteter med patologisk GTV, og se om disse modalitetene kan hjelpe oss med å avgrense GTV mer nøyaktig i fremtiden.

1.2. BILDEMODALITETER

1.2.1. FDG-Positron Emission Tomography (FDG-PET)

Økt glukosemetabolisme er et grunnleggende kjennetegn ved mange ondartede svulster, inkludert HNSCC. Positronemisjonstomografi (PET) etter injeksjon av radioaktivt merket 2'-fluordeoksyglukose (18F-FDG) kan hjelpe oss med å måle og kvantifisere denne metabolismen i svulster, ved å bruke standardisert opptaksverdi (SUV). Flere studier har korrelert høy SUV før behandling med betydelig dårligere resultat ved HNSCC. Videre ser det ut til at de fleste lokale residiv forekommer innenfor FDG-PET-definert GTV. Den molekylære basen for dette er ikke fullstendig forstått.

Prolifererende tumorceller forbruker glukose i høy hastighet og frigjør laktat og ikke CO2. På denne måten utelater de den mitokondriedrevne oksidative fosforyleringen av glukose fra produksjonen av ATP (=Warburg-effekt). Flere molekylære parametere har blitt assosiert med denne glykolytiske bryteren, slik som aktivering av hypoksi-indusert HIF1α og økt tilstedeværelse av GLUT-glukosetransportproteiner. Så langt ble det ikke funnet noen klar sammenheng mellom tilstedeværelsen av hypoksi og FDG-opptak.

1.2.2. Diffusjonsvektet magnetisk resonansavbildning (DWI)

Diffusjonsvektet magnetisk resonansavbildning (DWI) kan karakterisere vev basert på tilfeldig forskyvning av vannmolekyler. I biologiske vev er denne forskyvningen begrenset av underliggende vevsspesifikke barrierer, og denne forskjellen kan kvantifiseres og visualiseres ved å bruke tilsynelatende diffusjonskoeffisient (ADC) verdier. En studie på 165 pasienter i vårt senter med HNSCC viste at ADC-verdien før behandling er en sterk og uavhengig prognostisk faktor for utfall. Pasienter med høy ADC-verdi reagerer dårligere på ioniserende stråling enn pasienter med lavere ADC-verdi. Det er foreløpig ingen klar forklaring på hvorfor svulster med høyere celletetthet er mer strålefølsomme enn svulster med lav tetthet. En rekke mikroskopiske trekk påvirker vanndiffusivitet i vev (tilstedeværelse av nekrose, cellulær tetthet, betennelse, integritet av cellemembraner). Mange av disse påvirker også radio- og kjemosensitiviteten til svulstene.

1.2.3. Dynamisk kontrastforsterket magnetisk resonansavbildning (DCE-MRI)

Dynamisk kontrastforsterket MR (DCE-MRI) er en ikke-invasiv bildebehandlingsmodalitet som er utviklet og evaluert for karakterisering av vaskulære egenskaper til vev. Tilstrekkelig oksygentilførsel er avgjørende for effektiviteten av ioniserende stråling. Imidlertid er tumorangiogenese langt fra perfekt og nydannede kar viser permeabilitet, kronglete og generelt dårlig funksjonalitet. Disse vaskulære egenskapene kan gi oss innsikt i svulstens aggressivitet og radiosensitivitet. Dynamisk computertomografi (CT) har vist at perfusjonsmålinger kan forutsi utfall ved hode- og nakkekreft etter strålebehandling. Tilsvarende kvantitativ vurdering av DCE-MRI har også blitt korrelert med respons på ioniserende stråling hos pasienter med HNSCC. En nylig studie på et begrenset antall pasienter korrelerte visse DCE-MRI-parametre med intratumoral hypoksi. Imidlertid er det så langt ikke gjort noen romlig korrelasjon.

STUDIEMÅL

2.1. PRIMÆRE MÅL

Hovedmålet med denne studien er å korrelere DWI, DCE-MRI og FDG-PET med den romlige fordelingen av hypoksi hos pasienter med hode- og nakkekreft.

2.2. SEKUNDÆRE MÅL

A. Å korrelere funn på funksjonell avbildning med iboende molekylære parametere som viser spredning, hypoksi og glukosemetabolisme.

B. For å validere bruken av hypoksimarkørene og 15-gen hypoksi-genekspresjonsklassifikatoren.

C. For å sammenligne tumorvolum som avledet fra patologi med volumene som er avgrenset på flere anatomiske og funksjonelle avbildningsmodaliteter.

STUDERE DESIGN

Målgruppen for denne studien er pasienter med et histologisk påvist plateepitelkarsinom i strupehodet, kvalifisert for kirurgi, trinn T3-4. Før behandling vil pasienter gjennomgå en FDG-PET/CT og MR med DW og DCE, dedikert for optimal visualisering av primærtumoren og analyse. Bildemetodene vil bli utført så nær operasjonen som mulig (PET/CT en uke før operasjonen; MR en dag før operasjonen).

Før behandling vil tre stykker på avbildningsmodalitetene bli valgt av en radiolog basert på deres visuelle kvalitet og heterogenitet av funksjonelle parametere. Disse områdene av interesse vil bli sammenlignet med forskjellige histopatologiske parametere på reseksjonsprøven. Radiologen vil også velge regioner, basert på DWI- og DCE-parametere, som mistenkes for å være hypoksiske. Fra disse områdene vil det bli tatt en biopsi.

Etter total laryngektomi vil reseksjonsprøven bli orientert, og biopsimateriale vil bli hentet fra regionene i svulsten som er valgt på avbildningsmodalitetene. Resten av prøven vil bli fiksert i formaldehyd. For å gjøre rede for krympingen av svulsten på grunn av fiksering, vil reseksjonsprøven legges i en pappeske med en agaroseløsning og skannes med en MR med T1w/T2-bilder. Fra dette vil en krympingsfaktor bli beregnet ved å sammenligne de avgrensede T1- og T2-vektede bildene.

Etter fiksering vil svulsten kuttes opp i makroskiver med en tykkelse på ca. 5 mm. På hver makroskive vil tumorvolum bli avgrenset. Ved hjelp av dette vil det patologiske tumorvolumet bestemmes under hensyntagen til den tidligere bestemte krympefaktoren. Dette patologiske volumet vil bli sammenlignet med tumorvolumet som er avgrenset på avbildningsmodalitetene. På de forskjellige funksjonelle avbildningsmodalitetene før kirurgi, vil 4 separate observatører avgrense GTV. De forskjellige volumene vil bli sammenlignet og overlapping vil bli beregnet etter 3D prøverekonstruksjon og registrering.

GTV oppnådd fra den funksjonelle avbildningen vil være korrelert med det patologiske tumorvolumet til reseksjonsprøven. Denne informasjonen vil gi oss mer innsikt i den sanne kraften til de undersøkte funksjonelle avbildningsteknikkene for å bestemme tumorvolum. Dette er viktig for å vurdere hvilken rolle funksjonelle avbildningsmodaliteter spiller i behandlingsplanlegging i fremtiden.

På de tre nivåene, valgt av radiologen på avbildningsmetodene, vil det bli tatt 4 µm tykke skiver. På hvert nivå vil det bli utført en immunhistokjemisk farging (GLUT-1, CA-IX, HIF-1α, VEGF og KI 67 farging vil bli utført).

IHC vil bli skåret i henhold til et semikvantitativt skåringssystem ved bruk av en feltanalyse der hvert felt vil bli tildelt en skår på 1-4 i henhold til det omtrentlige området for immunfarging (0:0 %, 1:1-5 %, 2: 5- 15 %, 3: 15-30 % og 4: >30 %.