Patologiczna walidacja obrazowania czynnościowego w raku płaskonabłonkowym głowy i szyi

TŁO I USTAWIENIA

1.1. WSTĘP

Współbieżna (chemo-)radioterapia (CRT) jest obecnie standardem opieki nad pacjentami z miejscowo zaawansowanym rakiem płaskonabłonkowym głowy i szyi (HNSCC). Bliskość ważnych struktur funkcjonalnych z guzem sprawia, że ​​leczenie jest jednak bardzo złożone. Toksyczność związana z leczeniem może być ciężka z kserostomią i dysfagią, poważnie komplikując jakość życia pacjenta. Zastosowanie zmienionych schematów frakcjonowania i/lub równoczesnej chemioterapii zaowocowało znaczną poprawą kontroli lokoregionalnej, prowadząc do znacznej poprawy całkowitego przeżycia. Chociaż rokowanie pacjentów leczonych RT z powodu miejscowo zaawansowanego HNSCC stale się poprawia, nadal występuje duża liczba niepowodzeń lokoregionalnych.

Stosując wysoce konformalną radioterapię, badacze mogą zwiększyć indeks terapeutyczny, podając wyższe dawki do bardziej opornych na promieniowanie części guza, przy jednoczesnym utrzymaniu lub nawet zmniejszeniu dawki dla otaczających tkanek. Obrazowanie czynnościowe może nam pomóc w zdefiniowaniu tych podobjętości odpornych na promieniowanie i pomóc nam lepiej określić całkowitą objętość guza (GTV) w przyszłości. Pozytonowa tomografia emisyjna (PET), rezonans magnetyczny ważony dyfuzją (DWI) i MRI ze wzmocnionym kontrastem dynamicznym (DCE-MRI) mogą dostarczyć nam dalszych informacji na temat biologicznych i mikrostrukturalnych cech guza. Jednak w tej chwili badacze nie są pewni, jak interpretować różne parametry obrazowania uzyskane z tych funkcjonalnych modalności obrazowania. Dlatego badacze chcą skorelować parametry obrazowania z patologiczną charakterystyką guza. Z drugiej strony badacze chcą skorelować GTV zdefiniowane na podstawie funkcjonalnych modalności obrazowania z patologicznym GTV i sprawdzić, czy te modalności mogą nam pomóc w dokładniejszym określeniu GTV w przyszłości.

1.2. METODA OBRAZOWANIA

1.2.1. Pozytonowa tomografia emisyjna FDG (FDG-PET)

Zwiększony metabolizm glukozy jest podstawową cechą wielu nowotworów złośliwych, w tym HNSCC. Pozytronowa tomografia emisyjna (PET) po wstrzyknięciu znakowanej radioaktywnie 2' fluorodeoksyglukozy (18F-FDG) może pomóc nam zmierzyć i określić ilościowo ten metabolizm w nowotworach, stosując znormalizowaną wartość wychwytu (SUV). W kilku badaniach skorelowano wysoki SUV przed leczeniem ze znacznie gorszym wynikiem w HNSCC. Ponadto wydaje się, że większość nawrotów lokalnych występuje w obrębie GTV zdefiniowanego przez FDG-PET. Podstawa molekularna tego nie jest w pełni zrozumiała.

Namnażające się komórki nowotworowe zużywają glukozę z dużą szybkością i uwalniają mleczan, a nie CO2. W ten sposób pomijają napędzaną przez mitochondria fosforylację oksydacyjną glukozy z produkcji ATP (= efekt Warburga). Z tym przełącznikiem glikolitycznym powiązano kilka parametrów molekularnych, takich jak aktywacja wywołanego niedotlenieniem HIF1α i zwiększona obecność białek transportujących glukozę GLUT. Jak dotąd nie stwierdzono wyraźnej korelacji między obecnością hipoksji a wychwytem FDG.

1.2.2. Rezonans magnetyczny ważony dyfuzją (DWI)

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego ważonego dyfuzją (DWI) może charakteryzować tkanki na podstawie losowego przemieszczania się cząsteczek wody. W tkankach biologicznych to przemieszczenie jest ograniczone przez leżące u podłoża bariery specyficzne tkankowo, a różnicę tę można określić ilościowo i zwizualizować za pomocą wartości pozornego współczynnika dyfuzji (ADC). Badanie na 165 pacjentach w naszym ośrodku z HNSCC wykazało, że wartość ADC przed leczeniem jest silnym i niezależnym czynnikiem prognostycznym dla wyniku. Pacjenci z wysoką wartością ADC gorzej reagują na promieniowanie jonizujące niż pacjenci z niższą wartością ADC. Obecnie nie ma jasnego wyjaśnienia, dlaczego guzy o większej gęstości komórkowej są bardziej wrażliwe na promieniowanie niż guzy o małej gęstości. Szereg cech mikroskopowych wpływa na dyfuzyjność wody w tkance (obecność martwicy, gęstość komórkowa, stan zapalny, integralność błon komórkowych). Wiele z nich wpływa również na radiowrażliwość i chemiowrażliwość guzów.

1.2.3. Rezonans magnetyczny ze wzmocnionym kontrastem dynamicznym (DCE-MRI)

Dynamiczny rezonans magnetyczny ze wzmocnieniem kontrastowym (DCE-MRI) to nieinwazyjna metoda obrazowania, która została opracowana i oceniona pod kątem charakteryzowania właściwości naczyniowych tkanek. Odpowiednia podaż tlenu jest niezbędna dla skuteczności działania promieniowania jonizującego. Jednak angiogeneza guza jest daleka od doskonałości, a nowo utworzone naczynia wykazują przepuszczalność, krętość i ogólnie słabą funkcjonalność. Te właściwości naczyniowe mogą dać nam wgląd w agresywność i wrażliwość guza na promieniowanie. Dynamiczna tomografia komputerowa (CT) wykazała, że ​​pomiary perfuzji mogą przewidywać wynik leczenia raka głowy i szyi po radioterapii. Podobnie ilościowa ocena DCE-MRI została również skorelowana z odpowiedzią na promieniowanie jonizujące u pacjentów z HNSCC. Niedawne badanie na ograniczonej liczbie pacjentów skorelowało niektóre parametry DCE-MRI z niedotlenieniem wewnątrz guza. Jednak do tej pory nie przeprowadzono korelacji przestrzennej.

CELE STUDIÓW

2.1. CELE NAJWAŻNIEJSZE

Głównym celem tego badania jest korelacja DWI, DCE-MRI i FDG-PET z przestrzennym rozkładem hipoksji u pacjentów z rakiem głowy i szyi.

2.2. CELE DODATKOWE

A. Aby skorelować wyniki obrazowania funkcjonalnego z wewnętrznymi parametrami molekularnymi przedstawiającymi proliferację, niedotlenienie i metabolizm glukozy.

B. Walidacja wykorzystania markerów niedotlenienia i 15-genowego klasyfikatora ekspresji genów niedotlenienia.

C. Porównanie objętości guza uzyskanej z patologii z objętościami wyznaczonymi na podstawie kilku anatomicznych i czynnościowych metod obrazowania.

PROJEKT BADANIA

Grupą docelową tego badania są chorzy z potwierdzonym histologicznie rakiem płaskonabłonkowym krtani, kwalifikujący się do operacji w stopniu zaawansowania T3-4. Przed leczeniem pacjenci zostaną poddani FDG-PET/CT i MRI z DW i DCE, dedykowanym do optymalnego uwidocznienia guza pierwotnego i analizy. Metody obrazowania zostaną wykonane jak najbliżej operacji (PET/CT tydzień przed operacją; MRI jeden dzień przed operacją).

Przed rozpoczęciem leczenia, radiolog wybierze trzy wycinki metod obrazowania na podstawie ich jakości wizualnej i heterogeniczności parametrów funkcjonalnych. Te obszary zainteresowania zostaną porównane z różnymi parametrami histopatologicznymi próbki po resekcji. Radiolog wybierze również regiony na podstawie parametrów DWI i DCE, w których istnieje podejrzenie hipoksji. Z tych regionów zostanie pobrana biopsja.

Po całkowitej laryngektomii wycinek zostanie zorientowany, a materiał do biopsji zostanie pobrany z obszarów guza wybranych w ramach metod obrazowania. Pozostała część wycinka zostanie utrwalona w formaldehydzie. Aby uwzględnić kurczenie się guza w wyniku utrwalenia, wycinek zostanie umieszczony w kartonowym pudełku z roztworem agarozy i zeskanowany za pomocą MRI z obrazami T1w/T2. Z tego zostanie obliczony współczynnik skurczu, porównujący wytyczone obrazy ważone T1 i T2.

Po utrwaleniu guz zostanie pocięty na makroplastry o grubości około 5 mm. Na każdym makroplasterze zostanie nakreślona objętość guza. Na jego podstawie zostanie określona patologiczna objętość guza z uwzględnieniem wcześniej określonego współczynnika skurczu. Ta patologiczna objętość zostanie porównana z objętością guza określoną w metodach obrazowania. W przypadku różnych przedoperacyjnych metod obrazowania funkcjonalnego, 4 oddzielnych obserwatorów wyznaczy GTV. Różne objętości zostaną porównane i obliczone zostanie nakładanie się po rekonstrukcji i rejestracji próbki 3D.

GTV uzyskana z obrazowania funkcjonalnego będzie skorelowana z patologiczną objętością guza próbki po resekcji. Te informacje dadzą nam lepszy wgląd w prawdziwą moc badanych technik obrazowania czynnościowego w określaniu objętości guza. Jest to ważne, aby ocenić rolę funkcjonalnych metod obrazowania w planowaniu leczenia w przyszłości.

Na trzech poziomach, wybranych przez radiologa w zakresie metod obrazowania, zostaną pobrane skrawki o grubości 4 µm. Na każdym poziomie przeprowadzone zostanie barwienie immunohistochemiczne (wykonane będą barwienia GLUT-1, CA-IX, HIF-1α, VEGF i KI 67).

IHC zostanie oceniony zgodnie z półilościowym systemem punktacji z wykorzystaniem analizy terenowej, w której każdemu polu zostanie przypisana ocena 1-4 zgodnie z przybliżonym obszarem barwienia immunologicznego (0:0%, 1:1-5%, 2:5- 15%, 3: 15-30% i 4: >30%.