Resekcje glejaka wielopostaciowego z wrażliwością na pH w oparciu o MRI

Wcześniej zajmowaliśmy się trudnością w identyfikacji guza w obszarach hiperintensywnych T2 bez wzmocnienia (NE) otaczających większość guza wzmacniającego kontrast. 19 U pacjentów z glejakiem wielopostaciowym zastosowaliśmy wrażliwe na pH aminy, wymianę chemiczną, transfer saturacji, echo planarne (CEST-EPI). Obrazowanie CEST może wykorzystywać detekcję szybko zmieniających się protonów aminowych w celu uzyskania kontrastu obrazowania zależnego od kwasowości tkanki. Protony wody w masie ulegają wymianie chemicznej z protonami aminowymi. Obrazowanie CEST wykrywa osłabienie namagnesowania wody w masie po impulsie nasycenia, które może różnić się w zależności od stężenia protonów amin. Kontrast ten można określić ilościowo jako asymetrię współczynnika przenoszenia magnetyzacji (MTRasym) w stosunku do częstotliwości rezonansowej protonu wody. Wiadomo, że komórki nowotworowe wytwarzają podwyższony poziom zewnątrzkomórkowego wodoru, biorąc pod uwagę 1) wyższą szybkość metabolizmu wynikającą ze zwiększonej rotacji komórek oraz 2) powinowactwo do beztlenowej glikolizy – efekt Warburga. Wykazaliśmy aktywne obciążenie guzem i aktywną replikację zachodzącą w naciekających komórkach glejaka. i w ten sposób wykorzystali obrazowanie CEST do wizualizacji naciekających komórek nowotworowych. 19 W nowo zdiagnozowanym i nawracającym glejaku wielopostaciowym wyższa mediana MTRAsym przy 3 ppm w regionach CEST+ NE p=0,007; p=0,0326] i większe objętości guza CEST+ NE [p=0,020; p<0,001] wiązały się z obniżonym PFS. Prospektywne biopsje regionów CEST+ NE pod kontrolą MRI wykazały korelację z obecnością gęstości komórek i dodatnim wynikiem %Ki-67 [p<0,001, p<0,001]. Co więcej, stosując diagnostykę patologiczną jako złoty standard, uznaliśmy, że próg MTRAsym > 1,50% umożliwia identyfikację komórek nowotworowych ze 100% czułością i swoistością 71,4%. W niepublikowanych danych obejmujących dodatkowe próbki pochodzące wyłącznie z nowo zdiagnozowanego glejaka wielopostaciowego IV WHO obliczona czułość i swoistość wyniosła 100% przy zastosowaniu przeglądu neuropatologicznego jako złotego standardu. Dodatkowo, w przypadku stosowania wykrywania komórek nowotworowych za pomocą sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek (scRNAseq) poprzez analizę zmienności liczby kopii jako złotego standardu, z 17 biopsji w regionach CEST+ NE ten sam próg wynoszący 1,50% pozwolił zidentyfikować komórki nowotworowe z czułością i swoistością wynoszącą 93% 100%. Biorąc pod uwagę silną korelację między komórkami nowotworowymi a regionami CEST+ NE, wstępnie przeprowadziliśmy resekcję CEST+ NE u 5 pacjentów z nowo zdiagnozowanym glejakiem wielopostaciowym IV WHO. Na podstawie tych wstępnych danych nie stwierdziliśmy żadnych istotnych powikłań pooperacyjnych w przypadku większych resekcji (ryc. 6B). Wszyscy pacjenci otrzymali standardowe leczenie uzupełniające (temozolomid + radioterapia) i u żadnego z nich nie wystąpiła progresja (mediana PFS 13 miesięcy). Na podstawie tych danych stawiamy hipotezę, że maksymalna bezpieczna resekcja regionów CEST+ NE zminimalizuje pooperacyjne obciążenie komórkami nowotworowymi i umożliwi zwiększone przeżycie.

Podejście eksperymentalne. Przeprowadzimy prospektywne, randomizowane, kontrolowane badanie dotyczące chirurgicznej resekcji glejaka wielopostaciowego za pomocą aminy wrażliwej na pH CEST-EPI. Pacjenci będą zapisywani przeze mnie w Centrum Medycznym Ronalda Reagana na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles. Oddział neurochirurgii guza mózgu na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles jest prężnie rozwijającym się ośrodkiem neuroonkologii. Rocznie przeprowadzamy ponad 300 operacji glejaka, posiadamy akredytowane stypendium neuroonkologiczne CAST i posiadamy grant SPORE w zakresie guzów mózgu. Biorąc pod uwagę tę historię, uważamy, że możliwe jest rekrutowanie do udziału w tym badaniu 60 pacjentów w ciągu 3 lat (15 rocznie). Będziemy rekrutować pacjentów z obrazami zgodnymi z glejakiem IV stopnia według WHO. 51 Bezpośrednio udzielę świadomej zgody na udział w badaniu wraz ze świadomą zgodą na samą operację. Przed randomizacją wszyscy pacjenci zostaną poddani przedoperacyjnej kontroli lekarskiej i podaniu standardowych leków przedoperacyjnych (lewetyracetam 100 mg BID i deksametazon 4 mg TID). Wszyscy pacjenci zostaną poddani przedoperacyjnemu standardowemu anatomicznemu badaniu MRI 52 w ciągu 1 tygodnia od operacji (3T Siemens Prisma, Siemens Healthcare, Erlangen, Niemcy). Sekwencje MRI będą obejmować: obrazy echa 3D z odwróconym gradientem 1 mm z odwróconym gradientem przed i po wstrzyknięciu kontrastu gadolinowego (Gd-DTPA, 0,1 mmol/kg) oraz obrazy echa turbo wirowego ważonego T2 z podwójnym echem i gęstością protonów. Uzyskane zostanie ważone pH aminy CEST echo planar MRI27 (pole widzenia: 256 x 256 mm2, rozmiar matrycy: 128 x 128, grubość plastra 4 mm, czas skanowania: około 5 minut).

Dane obrazowe zostaną pobrane z serwera PACS na serwery laboratoryjne w celu dalszego przetwarzania i analizy (Rysunek 7). Będzie się to składać z korekcji ruchu afinicznego (mcflirt; FSL, FMRIB, Oxford, Wielka Brytania) i rejestracji w anatomicznym T1 z obrazami kontrastowymi. MTRAsym zostanie obliczony dla wszystkich wokseli sekwencji CEST. Cała dalsza analiza obrazu zostanie przeprowadzona w programie AFNI (oprogramowanie do analizy i wizualizacji neuroobrazów funkcjonalnego rezonansu magnetycznego). 53 Aby uzyskać obszary zainteresowania w oparciu o nieprawidłowości MTRAsym, najpierw zidentyfikujemy guz CE poprzez odejmowanie woksel po wokselu intensywności obrazu T1 bez kontrastu od T1 z kontrastem. 16 Stosując próg intensywności, CE zostanie podzielone na segmenty, a w przypadku guzów z rdzeniem martwiczym lub torbielowatym zostaną one wypełnione w celu uzyskania interesujących obszarów guza CE (ROI). Ten ROI zostanie powiększony objętościowo, aby uzyskać NE ROI. NE ROI zostanie wspólnie zarejestrowany na mapach MTRAsym i przefiltrowany według minimalnej wartości 1,5, która, jak wykazano, pozwala przewidzieć obecność komórek nowotworowych z wysoką czułością i swoistością. Na koniec ROI CE zostanie odjęty od ROI NE przefiltrowanego pod kątem nieprawidłowych wartości MTRAsym, aby uzyskać region nowotworu CEST+ NE (ryc. 7). Przed operacją uczestnicy zostaną randomizowani. Pacjenci przydzieleni losowo do ramienia eksperymentalnego będą mieli przesłane segmentacje CEST+ NE do obiektów śródoperacyjnych przy użyciu naszego oprogramowania do śródoperacyjnej neuronawigacji (BrainLab Surgical Nawigacja System, Monachium, Niemcy). Pacjenci przydzieleni losowo do ramienia standardowego leczenia będą mieli standardowe sekwencje MRI bez kontrastu przesłane do oprogramowania do śródoperacyjnej neuronawigacji. Podczas operacji przeprowadzę standardową resekcję części guza ze wzmocnieniem kontrastowym (ramię standardowej opieki) lub resekcję standardową plus maksymalną bezpieczną resekcję chirurgiczną obszarów CEST+NE (ramię eksperymentalne). Maksymalnie bezpieczna resekcja chirurgiczna obejmuje całkowite uniknięcie tkanki wymownej (ruchowej, językowej). Wszystkim pacjentom zostanie zapewniona standardowa opieka pooperacyjna. Terapia uzupełniająca będzie obejmować standardowy synchroniczny doustny temozolomid (6 tygodni) i radioterapię 60 Gy w ciągu 30 frakcji do jamy po resekcji. Do obrazowania monitorującego zostanie użyty standardowy rezonans magnetyczny z kontrastem lub bez, a do określenia wznowy zostaną zastosowane kryteria RANO. Pierwszorzędowym punktem końcowym będzie przeżycie wolne od progresji, a drugorzędowymi punktami końcowymi będzie przeżycie całkowite, częstość powikłań chirurgicznych i różnice w jakości życia mierzone za pomocą przed- i pooperacyjnej skali sprawności Karnofsky'ego.

Plan statystyczny. Korzystając z naszych wstępnych danych dotyczących resekcji CEST+ NE i mediany PFS (6 miesięcy) dla naszej większej 10-letniej kohorty pacjentów z nowo zdiagnozowanym glejakiem wielopostaciowym, obliczyliśmy wielkość próby wynoszącą 60, aby zapewnić moc 95% do wykrycia znaczącej różnicy w ciągu 6 miesięcy w PFS na poziomie istotności 0,05. Charakterystyka kliniczna związana z przeżyciem (wiek, przedoperacyjny KPS) zostanie porównana przy użyciu testów t dla niezależnych próbek w celu oceny błędu systematycznego pomimo randomizacji. Do porównania wyników przeżycia zostaną użyte wielowymiarowe testy Coxa i log-rank. Niezależne testy chi-kwadrat próbki zostaną wykorzystane do porównania różnic w częstości powikłań chirurgicznych i pooperacyjnych zmian w skali wydajności Karnofsky’ego.