PH-sensitive MR-baserte reseksjoner av glioblastom

Vi har tidligere adressert vanskeligheten med å identifisere svulst i ikke-forsterkende (NE) T2 hyperintense regioner som omgir den kontrastforsterkende hoveddelen av svulsten. 19 Vi har brukt pH-sensitive amin kjemisk utvekslingsmetningsoverføring ekkoplanavbildning (CEST-EPI) på pasienter med glioblastom. CEST-avbildning kan bruke deteksjon av hurtigutvekslende aminprotoner for å oppnå en bildekontrast som er avhengig av surhet i vevet. Bulkvannprotoner gjennomgår kjemisk utveksling med aminprotoner. CEST-avbildning oppdager dempningen av bulkvannmagnetisering etter en metningspuls, som kan variere med konsentrasjonen av aminprotoner. Denne kontrasten kan kvantifiseres som asymmetrien i magnetiseringsoverføringsforholdet (MTrasym) i forhold til vannprotonresonansfrekvensen. Tumorceller er kjent for å produsere forhøyede nivåer av ekstracellulært hydrogen, gitt 1) ​​en høyere metabolsk hastighet sekundært til økt celleomsetning og 2) en affinitet for anaerob glykolyse - Warburg-effekten. Vi har vist aktiv tumorbelastning og aktiv replikasjon som forekommer i infiltrerende glioblastomceller. og utnyttet dermed CEST-avbildning for å visualisere infiltrerende tumorceller. 19 Ved nylig diagnostisert og tilbakevendende glioblastom, høyere median MTRasym ved 3ppm innenfor CEST+ NE-regioner p=0,007; p=0,0326] og høyere volum av CEST+ NE-tumor [p=0,020; p<0,001] var assosiert med redusert PFS. Prospektive MR-veiledede biopsier av CEST+ NE-regioner viste en korrelasjon med tilstedeværelse av celletetthet og %Ki-67-positivitet [p<0,001, p<0,001]. Videre, ved å bruke patologisk diagnose som gullstandard, så vi en terskel på MTRasym > 1,50 % for å kunne identifisere tumorceller med en sensitivitet på 100 % og spesifisitet på 71,4 %. I upubliserte data med ytterligere prøver kun fra nylig diagnostisert WHO IV glioblastom, var den beregnede sensitiviteten og spesifisiteten 100 % ved bruk av nevropatologisk gjennomgang som gullstandard. I tillegg, ved bruk av enkeltcelle RNA-sekvensering (scRNAseq) deteksjon av tumorceller via kopiantallvariasjonsanalyse som gullstandarden, fra 17 biopsier i CEST+ NE-regioner, identifiserte den samme terskelen på 1,50 % tumorceller med en sensitivitet på 93 % og spesifisitet på 100 %. Gitt den sterke korrelasjonen mellom tumorceller og CEST+ NE-regioner, har vi foreløpig utført CEST+ NE-reseksjoner på 5 pasienter med nylig diagnostisert WHO IV glioblastom. I disse foreløpige dataene fant vi ingen signifikante postoperative komplikasjoner med de større reseksjonene (figur 6B). Alle pasientene fikk standardbehandling adjuvant terapi (temozolomid + strålebehandling), og ingen av pasientene har opplevd progresjon (median PFS 13 måneder). Med disse dataene antar vi at maksimal sikker reseksjon av CEST+ NE-regioner vil minimere den postkirurgiske tumorcellebyrden og tillate økt overlevelse.

Eksperimentell tilnærming. Vi vil gjennomføre en prospektiv, randomisert kontrollert studie av kirurgisk reseksjon av glioblastom med pH-sensitivt amin CEST-EPI. Pasienter vil bli registrert av meg ved UCLA Ronald Reagan Medical Center. UCLA-avdelingen for nevrokirurgi hjernetumorprogram er et nevro-onkologisk senter med høyt volum. Vi gjennomfører over 300 operasjoner for gliom på årsbasis, vi har et CAST-akkreditert nevro-onkologisk stipend, og vi har et SPORE-stipend for hjernesvulster. Gitt denne historien finner vi det mulig å rekruttere 60 pasienter over 3 år (15 per år) for å delta i denne studien. Vi vil rekruttere pasienter med bildediagnostikk i samsvar med WHO grad IV glioblastom. 51 Jeg vil direkte gi informert samtykke for å delta i utprøvingen sammen med informert samtykke for selve operasjonen. Før randomisering vil alle pasienter gjennomgå preoperativ medisinsk klarering og standard preoperativ medisinadministrering (levetiracetam 100 mg to ganger daglig og deksametason 4 mg tre ganger daglig). Alle pasienter vil gjennomgå preoperativ standard anatomisk MR 52 innen 1 uke etter operasjonen (3T Siemens Prisma, Siemens Healthcare, Erlangen, Tyskland). MR-sekvenser vil inkludere: 1 mm 3D inversjon-gjenopprettingsgradient tilbakekalte ekkobilder før og etter injeksjon av gadoliniumkontrast (Gd-DTPA, 0,1 mmol/kg), og to-ekko protontetthet T2-veide turbo spin ekkobilder. pH-vektet amin CEST ekko plan MRI27 vil bli oppnådd (synsfelt: 256 x 256 mm2, matrisestørrelse: 128 x 128, skivetykkelse 4 mm, skannetid: ca. 5 minutter).

Bildedata vil bli lastet ned fra PACS-serveren til laboratorieservere for etterbehandling og analyse (figur 7). Dette vil bestå av affin bevegelseskorreksjon (mcflirt; FSL, FMRIB, Oxford, UK) og registrering til anatomisk T1 med kontrastbilder. MTRasym vil bli beregnet for alle voksler av CEST-sekvenser. All videre bildeanalyse vil bli utført på AFNI (Programvare for analyse og visualisering av funksjonelle magnetiske resonansnevrobilder). 53 For å oppnå områder av interesse basert på MTRasym-abnormitet, vil vi først identifisere CE-svulst ved en voksel-for-voxel-subtraksjon av bildeintensiteten til T1 uten kontrast fra T1 med kontrast. 16 Ved å bruke en intensitetsterskel vil CE segmenteres og for svulster med nekrotisk eller cystisk kjerne vil disse fylles for å oppnå CE-tumorregioner av interesse (ROI). Denne ROI vil bli utvidet volumetrisk for å oppnå NE ROI. NE ROI vil bli samregistrert til MTRasym-kart og filtrert med minimumsverdi 1,5 som har vist seg å forutsi tilstedeværelse av tumorceller med høy sensitivitet og spesifisitet. 19 Til slutt vil CE ROI trekkes fra NE ROI filtrert for unormale MTRasym-verdier for å gi en CEST+ NE-region av tumor (figur 7). Før operasjonen vil forsøkspersonene bli randomisert. Pasienter som er randomisert til den eksperimentelle armen vil få CEST+ NE-segmenteringer lastet opp til intraoperative objekter ved hjelp av vår intraoperative nevronavigasjonsprogramvare (BrainLab Surgical Navigation System, München, Tyskland). Pasienter som er randomisert til standard-of-care-armen vil ha standard MR w/wo kontrastsekvenser lastet opp til den intraoperative nevronavigasjonsprogramvaren. Under operasjonen vil jeg utføre standardbehandlingsreseksjon av den kontrastforsterkende delen av svulsten (standard-of-care arm) eller standardbehandlingsreseksjon pluss maksimal sikker kirurgisk reseksjon av CEST+NE-regioner (eksperimentell arm). Maksimal sikker kirurgisk reseksjon inkluderer fullstendig unngåelse av veltalende (motorisk, språk) vev. Standard postoperativ behandling vil bli utført hos alle pasienter. Adjuvant terapi vil inkludere standard-of-care synkron oral temozolomid (6 uker) og strålebehandling 60 Gy over 30 fraksjoner til reseksjonshulen. Standard MR med og uten kontrast vil bli brukt som overvåkingsbilde og RANO-kriterier vil bli brukt for å bestemme residiv. Primært endepunkt vil være progresjonsfri overlevelse og sekundære endepunkter vil være total overlevelse, kirurgiske komplikasjonsfrekvens og livskvalitetsforskjeller målt ved pre- og postoperativ karnofsky ytelsesskala.

Statistisk plan. Ved å bruke våre foreløpige data om CEST+ NE-reseksjoner og median PFS (6 måneder) for vår større 10-årige kohort av pasienter med nylig diagnostisert glioblastom, beregnet vi en prøvestørrelse på 60 for å gi en kraft på 95 % for å oppdage en meningsfull 6 måneders forskjell i PFS på et signifikansnivå på 0,05. Kliniske karakteristika assosiert med overlevelse (alder, preoperativ KPS) vil bli sammenlignet ved bruk av uavhengige prøve-t-tester for å vurdere for skjevhet til tross for randomisering. Multivariate cox og log rank tester vil bli brukt for å sammenligne overlevelsesresultater. Uavhengige prøve chi-kvadrerte tester vil bli brukt for å sammenligne forskjeller i kirurgiske komplikasjoner og postoperative endringer i karnofsky ytelsesskala.