Przewidywanie przerzutów nowotworu na podstawie modelu radiomiki fuzji narządu docelowego/zmiany pierwotnej

Przerzuty są ważną cechą biologiczną nowotworów złośliwych, a także głównym czynnikiem wpływającym na rokowanie pacjentów chorych na raka. Bezpośrednią śmiercią większości pacjentów chorych na raka jest efekt masowy zmian przerzutowych lub utrata funkcji narządu docelowego z przerzutami. Dlatego jednym z pilnych i żmudnych zadań w dziedzinie onkologii stało się zbadanie patofizjologicznego mechanizmu przerzutów nowotworów złośliwych i znalezienie nowych celów w celu opracowania nowych metod wczesnej diagnostyki i leczenia przerzutów nowotworów.

Przerzuty nowotworowe są procesem ciągłym i stopniowym. Komórki nowotworowe w guzie pierwotnym proliferowały, komórki nowotworowe oddzielały się od guza pierwotnego, atakowały błonę podstawną, atakowały naczynia krwionośne, naczynia limfatyczne lub jamę ciała i migrowały do ​​innego miejsca lub narządu wraz z przepływem krwi i limfy. Komórki nowotworowe przylegały do ​​naczyń włosowatych docelowego narządu, penetrowały naczynia krwionośne, tworząc mikroprzerzuty, proliferację komórek i wytwarzały nowe naczynia krwionośne oraz tworzyły guzy wtórne tego samego typu co guz pierwotny. Mogą ponownie zaatakować i dać przerzuty. W procesie przerzutów mutacje genów i późniejsze zmiany immunogenności komórek nowotworowych sprzyjają tworzeniu się lokalnego mikrośrodowiska hamującego tkankę nowotworową, które hamuje układ odpornościowy gospodarza i prowadzi do przerzutów nowotworu.

Poprzednie badania wykazały, że przerzuty nowotworowe mają specyficzność narządową, zwaną „tropizmem narządowym”. Oznacza to, że różne typy nowotworów mają tendencję do dawania przerzutów do różnych narządów. Na przykład rak płuc często daje przerzuty do mózgu, rak jelita grubego i rak trzustki często dają przerzuty do wątroby, rak piersi i rak prostaty często dają przerzuty do kości i tak dalej. Dlatego też Stephen Paget, brytyjski patolog, ponad sto lat temu przedstawił i rozwinął swoją „teorię nasion i gleby”, twierdząc, że przerzuty wymagają rozprzestrzeniania się komórek nowotworowych, czyli „nasion”, oraz stworzenia idealnego środowiska do przyjmowania narządy, czyli „żyzna gleba”. W tej teorii zaproponował, że skuteczne przerzuty do odległych narządów wymagają nie tylko komórek nowotworowych z potencjałem przerzutowym (nasiona), ale także odpowiedniego narządu gospodarza (gleby). W trakcie progresji nowotworu skład i typ fenotypowy komórek odpornościowych w mikrośrodowisku nowotworu kształtują się zarówno pod wpływem komórek złośliwych, jak i niszy sąsiadujących tkanek. Guzy przerzutowe (nasiona) zachowają cechy genetyczne, gdy zostaną przeniesione do różnych środowisk tkankowych specyficznych dla narządu (gleby). Nie wystarczy, aby komórki nowotworowe dotarły do ​​określonej tkanki narządu, ale wymagana jest także koordynacja między komórkami nowotworowymi (nasionami) a mikrośrodowiskiem narządu (glebą), aby zasadzić i rosnąć w odpowiednim środowisku (glebie) i stać się ogniskami przerzutowymi. W „teorii nasion i gleby” udowodniono, że nieodłączne cechy nasion wpływają na różne kluczowe procesy przenoszenia. Z drugiej strony niewiele badań skupiało się na związku pomiędzy swoistymi właściwościami gleby (narządu docelowego) a powstawaniem przerzutów nowotworu złośliwego, a jednym z głównych powodów jest to, że często prowadzenie badań inwazyjnych na narządzie docelowym jest nieetyczne pacjentów bez przerzutów.

Radiomika to rozwijająca się dziedzina, która opracowuje nowe biomarkery poprzez ilościową analizę obrazów z badań obrazowych pacjentów, co pozwala w nieinwazyjny sposób badać i analizować potencjalne cechy patofizjologiczne interesujących obszarów. Poprzednie badania wykazały, że badania radiomiczne nasion (guzów pierwotnych) mogą przewidzieć przerzuty wielu nowotworów złośliwych, co stanowi dowód radiomiczny na rzecz teorii „nasion i gleby” z perspektywy nasion. Jednakże badania radiomiki z perspektywy gleby (narządu docelowego przerzutów) są rzadkie. Biorąc za przykład przerzuty raka płuc do mózgu, większość istniejących badań radiomiki wykorzystujących informacje z obrazowania mózgu ocenia jedynie obszary, w których wystąpiły przerzuty do mózgu. Biorąc pod uwagę, że radiomika może również wyodrębnić cechy biologiczne z narządów docelowych, w których nie wystąpiły jeszcze przerzuty, nasza grupa odkryła, że ​​analiza radiomiczna obrazów MRI mózgu wykonanych przed leczeniem pacjentów z rakiem płuc bez wyjściowych przerzutów do mózgu może skutecznie przewidzieć prawdopodobieństwo przerzutów do mózgu w pewnym okresie czas. Badanie to ujawniło również po raz pierwszy, że narząd docelowy bez przerzutów (gleba) również odgrywa kluczową rolę w występowaniu przerzutów nowotworu złośliwego.

Wyniki tego badania sugerują również, że model przewidywania złośliwości wywodzący się z radiomiki może być obiecującym narzędziem do badań przesiewowych pacjentów z wysokim ryzykiem przerzutów nowotworu. Zintegrowane modele przewidywania ryzyka, które uwzględniają charakterystykę nasion i gleby, mogą pomóc w kierowaniu praktyką kliniczną (np. bardziej rygorystycznym monitorowaniu pacjentów wysokiego ryzyka lub stosowaniu bardziej intensywnego leczenia systemowego).

Podsumowując, konieczne jest dalsze badanie przydatności tego modelu radiomiki opartego na teorii nasion i gleby do przewidywania raka, aby zweryfikować jego uniwersalność i perspektywy zastosowania klinicznego. W tym badaniu będziemy zbierać informacje obrazowe dotyczące wyjściowych zmian pierwotnych u pacjentów i potencjalnych narządów docelowych z przerzutami w przypadku różnych powszechnych nowotworów (rak płuc, rak jelita grubego, rak piersi itp.). Zbadanie skuteczności modelu radiomiki „nasion i gleby” w przewidywaniu wzorców przerzutów nowotworów (przerzuty raka płuc do mózgu, przerzuty raka jelita grubego do wątroby, przerzuty raka piersi do płuc) w celu ustalenia nieinwazyjnej i opłacalnej metody oraz skuteczny radiomiczny model przewidywania umożliwiający rozróżnienie przerzutów nowotworowych „wysokiego ryzyka” i „niskiego ryzyka” w odpowiednich typach nowotworów. Zapewnienie podstaw teoretycznych do dalszego kształtowania zindywidualizowanych standardów diagnostyki i leczenia chorych na nowotwory złośliwe.