Hiperpolaryzowane obrazowanie MR gazem ksenonowym w radioterapii NSCLC

Wskaźniki przeżycia w przypadku raka płuc są niskie. Roczny wskaźnik przeżycia w Wielkiej Brytanii dla mężczyzn wynosi 27%, a dla kobiet 30%, spadając do mniej niż 10% po pięciu latach. Rokowanie w przypadku raka płuc jest tak złe, ponieważ ponad dwie trzecie pacjentów diagnozuje się w późnym stadium, gdy wyleczenie nie jest możliwe. Wczesne rozpoznanie i ocena tolerancji na leczenie radykalne miałoby znaczący wpływ na wskaźniki przeżywalności.

Histologicznie około 80% przypadków raka płuca to niedrobnokomórkowy rak płuca (NSCLC). Głównym sposobem leczenia NSCLC jest operacja. Radykalna radioterapia i chemioradioterapia to inne potencjalnie lecznicze metody leczenia. Są one odpowiednie dla pacjentów, u których występują zlokalizowane guzy, które są nieoperacyjne chirurgicznie z powodu zajęcia krytycznych struktur lokalnych lub choroby nieoperacyjnej z medycznego punktu widzenia z powodu zaawansowanego wieku lub chorób współistniejących. Radioterapia ma na celu dostarczenie do guza wysokiej dawki o działaniu przeciwnowotworowym bez uszkodzenia otaczającej normalnej tkanki płucnej. Wysoka dawka radioterapii poprawia kontrolę miejscową, ale wiąże się z ryzykiem wywołania efektów toksycznych w prawidłowej tkance płucnej. Gdyby można było lepiej przewidywać i monitorować toksyczność płuc wywołaną promieniowaniem, radykalna radioterapia mogłaby być dostosowana do indywidualnych potrzeb, co mogłoby również przynieść korzyści w postaci uniknięcia lub zmniejszenia dawki promieniowania działającej na funkcjonalną tkankę płuc.

Obecnie ocena pacjentów poddawanych radioterapii obejmuje pomiary czynności płuc w celu dostarczenia klinicznego wskaźnika, czy pacjent będzie tolerował leczenie i utrzyma wystarczającą czynność płuc po leczeniu, aby kontynuować codzienne czynności bez znacznego upośledzenia. Aktualnym złotym standardem oceny czynności płuc jest spirometria i przepływ gazów. Spirometria i przenoszenie gazów mierzą ogólną czynność płuc, ale nie dostarczają informacji o różnych regionach płuc ani o „ramach” podporowych płuc, miąższu. Zmiany w czynności płuc mierzone za pomocą spirometrii lub przewodzenia gazów nie korelują spójnie z objawami ciężkości lub odzwierciedlać pogorszenie stanu zdrowia pacjenta. Ta słaba zależność wynika prawdopodobnie z tego, że płuca są złożonym narządem regionalnym, w którym zlokalizowane zaburzenia różnych czynników, w tym przepływu gazów (wentylacja), przepływu krwi (perfuzja) i przenoszenia gazów, łączą się, aby upośledzić czynność oddechową.

Aby rozwiązać te problemy, dążymy do wykorzystania hiperspolaryzowanego gazowego ksenonu (Xe129) obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i tomografii komputerowej (CT) do szczegółowego opisu regionalnych i strukturalnych nieprawidłowości w płucach u pacjentów z NSCLC. Badacze skorelują tę technikę z wyjściową spirometrią i wynikami duszności, aby określić, czy tolerancja oddechowa na radioterapię jest lepiej przewidywalna za pomocą hiperspolaryzowanego obrazowania MR Xe129. Badacze porównają hiperspolaryzowany MRI Xe129 ze standardowym obrazowaniem (skany medycyny nuklearnej). Badacze ocenią również zmiany w hiperspolaryzowanym obrazowaniu MR Xe129 przed, w trakcie i po radioterapii, aby ustalić, czy zapewnia ona lepszą ocenę uszkodzenia płuc wywołanego promieniowaniem. MRI ma tę zaletę, że jest wolny od promieniowania jonizującego, co czyni go bezpiecznym i praktycznym w przypadku chorób takich jak rak płuc, w przypadku których konieczne są wielokrotne badania kontrolne. Obrazowanie MR ma zwiększoną szybkość akwizycji obrazu w porównaniu z CT i scyntygrafią płuc i oferuje potencjał dynamicznej oceny płuc podczas oddychania. W konwencjonalnym MRI sygnał pochodzi głównie z protonów w cząsteczkach wody w tkankach. Dlatego konwencjonalny MRI ma ograniczone zastosowanie w chorobach układu oddechowego, ponieważ płuca mają bardzo małą gęstość protonów, zamiast tego składają się głównie z przestrzeni powietrznych, które nie generują sygnału MR. Hiperpolaryzowane gazy szlachetne mogą rozwiązać ten problem. Ksenon (Xe129) jest niereaktywnym lub obojętnym gazem szlachetnym. Ma spin jądrowy ½, co umożliwia wykorzystanie go w obrazowaniu MR do generowania sygnału. Xe129 jest hiperspolaryzowany, to znaczy, że spin jądrowy w atomach jest zwiększony. Hiperpolaryzacja zwiększa sygnał MR, umożliwiając pojawienie się gazu Xe129 na skanie MR. W częściach płuc, które mają dobry przepływ powietrza, hiperspolaryzowany gaz Xe129 pojawi się częściej i będzie widoczny szybciej. Ponadto Xe129 łatwo rozpuszcza się we krwi, gdzie emituje różne charakterystyki sygnału MR. Właściwość tę można wykorzystać do regionalnego określenia ilościowego zarówno wentylacji, jak i perfuzji w płucach, zapewniając kompleksową ocenę czynności płuc. Potrzeba udoskonalonego obrazowania czynnościowego w celu identyfikacji istniejących wcześniej chorób płuc i przewidywania tolerancji oddechowej pacjentów z NSCLC poddawanych radioterapii jest oczywista. Hiperpolaryzowane obrazowanie MR Xe129 może potencjalnie lepiej informować o indywidualnej przydatności do harmonogramów radioterapii niż obecnie stosowane badania. Ponadto wymagane jest udoskonalone obrazowanie czynnościowe w celu monitorowania odpowiedzi na leczenie i umożliwienia dostosowania schematów leczenia do poszczególnych osób. Hiperpolaryzowane obrazowanie MR Xe129 oferuje potencjał lepszego wykrywania uszkodzeń płuc wywołanych promieniowaniem, co jest nieocenione w leczeniu pacjentów z urazami wywołanymi promieniowaniem. Może również dostarczyć informacji, które pozwolą zaplanować RT w taki sposób, aby zmniejszyć ryzyko wystąpienia u pacjentów toksyczności płuc wywołanej promieniowaniem (RILT).

Potrzeba udoskonalonego obrazowania czynnościowego w celu identyfikacji istniejących wcześniej chorób płuc i przewidywania tolerancji oddechowej pacjentów z NSCLC poddawanych radioterapii jest oczywista. Hiperpolaryzowane obrazowanie MR Xe129 może potencjalnie lepiej informować o indywidualnej przydatności do harmonogramów radioterapii niż obecnie stosowane badania. Ponadto wymagane jest udoskonalone obrazowanie czynnościowe w celu monitorowania odpowiedzi na leczenie i umożliwienia dostosowania schematów leczenia do poszczególnych osób. Hiperpolaryzowane obrazowanie MR Xe129 oferuje potencjał lepszego wykrywania uszkodzeń płuc wywołanych promieniowaniem, co jest nieocenione w leczeniu pacjentów z urazami wywołanymi promieniowaniem. Może również dostarczyć informacji, które pozwolą zaplanować RT w taki sposób, aby zmniejszyć ryzyko wystąpienia u pacjentów toksyczności płuc wywołanej promieniowaniem (RILT).