Патологическая валидация функциональной визуализации при плоскоклеточном раке головы и шеи

ФОН И НАСТРОЙКА

1.1. ВВЕДЕНИЕ

Сопутствующая (химио-) лучевая терапия (ХЛТ) является текущим стандартом лечения пациентов с местнораспространенным плоскоклеточным раком головы и шеи (ПРГШ). Однако близость важных функциональных структур к опухоли делает лечение очень сложным. Связанная с лечением токсичность может быть тяжелой с ксеростомией и дисфагией, серьезно ухудшающими качество жизни пациента. Использование измененных схем фракционирования и/или одновременная химиотерапия привели к существенному улучшению локально-регионарного контроля, что привело к значительному улучшению общей выживаемости. Хотя прогноз у пациентов, получавших ЛТ по поводу местно-распространенного ПРГШ, постоянно улучшается, по-прежнему отмечается большое число локорегионарных неудач.

Используя высококонформную лучевую терапию, исследователи могут увеличить терапевтический индекс, воздействуя более высокими дозами на более радиорезистентные части опухоли, сохраняя или даже уменьшая дозу на окружающие ткани. Функциональная визуализация может помочь нам определить эти радиорезистентные субобъемы и помочь нам лучше очертить общий объем опухоли (GTV) в будущем. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), диффузионно-взвешенная магнитно-резонансная томография (ДВИ) и МРТ с динамическим контрастированием (ДКЭ-МРТ) могут дать нам более полное представление о лежащих в основе опухоли биологических и микроструктурных характеристиках. Однако на данный момент исследователи не уверены, как интерпретировать различные параметры визуализации, полученные с помощью этих методов функциональной визуализации. Поэтому исследователи хотят сопоставить параметры визуализации с патологическими характеристиками опухоли. С другой стороны, исследователи хотят сопоставить GTV, определенный на модальностях функциональной визуализации, с патологическим GTV и посмотреть, могут ли эти модальности помочь нам более точно очертить GTV в будущем.

1.2. МОДАЛЬНОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

1.2.1. ФДГ-позитронно-эмиссионная томография (ФДГ-ПЭТ)

Повышенный метаболизм глюкозы является фундаментальной характеристикой многих злокачественных опухолей, включая HNSCC. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) после инъекции радиоактивно меченой 2'-фтордезоксиглюкозы (18F-ФДГ) может помочь нам измерить и количественно оценить этот метаболизм в опухолях, используя стандартизированное значение поглощения (SUV). Несколько исследований коррелировали высокий уровень SUV до лечения со значительно худшим исходом при HNSCC. Кроме того, оказывается, что большинство местных рецидивов происходит в пределах GTV, определяемого ФДГ-ПЭТ. Молекулярная основа этого до конца не изучена.

Пролиферирующие опухолевые клетки потребляют глюкозу с высокой скоростью и выделяют лактат, а не CO2. Таким образом, они исключают управляемое митохондриями окислительное фосфорилирование глюкозы при производстве АТФ (= эффект Варбурга). С этим гликолитическим переключением связано несколько молекулярных параметров, таких как активация индуцированного гипоксией HIF1α и повышенное присутствие белков транспорта глюкозы GLUT. До сих пор не было обнаружено четкой корреляции между наличием гипоксии и поглощением ФДГ.

1.2.2. Диффузионно-взвешенная магнитно-резонансная томография (ДВИ)

Диффузионно-взвешенная магнитно-резонансная томография (DWI) может характеризовать ткани на основе случайного смещения молекул воды. В биологических тканях это смещение ограничено подлежащими тканеспецифическими барьерами, и это различие может быть определено количественно и визуализировано с использованием значений кажущегося коэффициента диффузии (ADC). Исследование 165 пациентов с HNSCC в нашем центре показало, что значение ADC до лечения является сильным и независимым прогностическим фактором исхода. Пациенты с высоким значением ADC хуже реагируют на ионизирующее излучение, чем пациенты с более низким значением ADC. В настоящее время нет четкого объяснения, почему опухоли с более высокой клеточной плотностью более радиочувствительны, чем опухоли с низкой плотностью. Ряд микроскопических признаков влияет на диффузию воды в ткани (наличие некрозов, плотность клеток, воспаление, целостность клеточных мембран). Многие из них также влияют на радио- и химиочувствительность опухолей.

1.2.3. Магнитно-резонансная томография с динамическим контрастированием (DCE-MRI)

МРТ с динамическим контрастным усилением (DCE-MRI) — это неинвазивный метод визуализации, который был разработан и оценен для характеристики сосудистых свойств тканей. Адекватное снабжение кислородом имеет важное значение для эффективности ионизирующего излучения. Однако ангиогенез опухоли далек от совершенства, а новообразованные сосуды обладают проницаемостью, извитостью и в целом плохой функциональностью. Эти сосудистые свойства могут дать нам представление об агрессивности и радиочувствительности опухоли. Динамическая компьютерная томография (КТ) продемонстрировала, что измерения перфузии могут прогнозировать исход рака головы и шеи после лучевой терапии. Точно так же количественная оценка DCE-MRI также коррелирует с реакцией на ионизирующее излучение у пациентов с HNSCC. В недавнем исследовании на ограниченном числе пациентов определенные параметры DCE-MRI коррелировали с внутриопухолевой гипоксией. Однако до сих пор не проводилось пространственной корреляции.

ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ

Основная цель данного исследования — соотнести ДВИ, ДКЭ-МРТ и ФДГ-ПЭТ с пространственным распределением гипоксии у пациентов с раком головы и шеи.

2.2. ВТОРИЧНЫЕ ЦЕЛИ

A. Сопоставить результаты функциональной визуализации с внутренними молекулярными параметрами, отражающими пролиферацию, гипоксию и метаболизм глюкозы.

B. Подтвердить использование маркеров гипоксии и классификатора экспрессии генов гипоксии с 15 генами.

C. Сравнить объем опухоли, полученный при патологии, с объемами, определенными на нескольких анатомических и функциональных модальностях визуализации.

ДИЗАЙН ИССЛЕДОВАНИЯ

Целевой группой для этого исследования являются пациенты с гистологически доказанным плоскоклеточным раком гортани, подходящие для хирургического вмешательства, стадии Т3-4. Перед лечением пациенты будут проходить ФДГ-ПЭТ/КТ и МРТ с DW и DCE, предназначенные для оптимальной визуализации первичной опухоли и анализа. Методы визуализации будут выполняться как можно ближе к операции (ПЭТ/КТ за неделю до операции, МРТ за день до операции).

Перед лечением рентгенолог выберет три среза на режимах визуализации на основе их визуального качества и неоднородности функциональных параметров. Эти области интереса будут сравниваться с различными гистопатологическими параметрами образца резекции. Рентгенолог также выберет области на основе параметров DWI и DCE, которые предположительно могут быть гипоксическими. Из этих областей будет взята биопсия.

После тотальной ларингэктомии резекционный образец будет ориентирован, и материал для биопсии будет получен из областей опухоли, выбранных с помощью методов визуализации. Остальная часть образца будет зафиксирована в формальдегиде. Чтобы учесть уменьшение опухоли из-за фиксации, образец резекции помещают в картонную коробку с раствором агарозы и сканируют с помощью МРТ с изображениями T1w/T2. Исходя из этого, будет рассчитан коэффициент усадки, сравнивая очерченные взвешенные изображения T1 и T2.

После фиксации опухоль будет разрезана на макросрезы толщиной около 5 мм. На каждом макросрезе будет очерчен объем опухоли. При этом будет определяться патологический объем опухоли с учетом ранее установленного коэффициента усадки. Этот патологический объем будет сравниваться с объемом опухоли, очерченным на методах визуализации. На различных предоперационных модальностях функциональной визуализации 4 отдельных наблюдателя будут очерчивать GTV. Различные объемы будут сравниваться, и перекрытие будет рассчитано после трехмерной реконструкции и регистрации образца.

GTV, полученный с помощью функциональной визуализации, будет коррелировать с объемом патологической опухоли резекционного образца. Эта информация даст нам больше информации об истинной силе исследованных методов функциональной визуализации при определении объема опухоли. Это важно для оценки роли методов функциональной визуализации в планировании лечения в будущем.

На трех уровнях, выбранных рентгенологом для получения изображений, будут взяты срезы толщиной 4 мкм. На каждом уровне будет проведено иммуногистохимическое окрашивание (будет выполнено окрашивание GLUT-1, CA-IX, HIF-1α, VEGF и KI 67).

IHC будет оцениваться в соответствии с полуколичественной системой оценки с использованием анализа поля, где каждому полю будет присвоен балл 1-4 в соответствии с приблизительной площадью иммунного окрашивания (0:0%, 1:1-5%, 2:5- 15%, 3: 15-30% и 4: >30%.