PH-чувствительная резекция глиобластомы на основе МРТ

Ранее мы уже обращались к трудностям идентификации опухоли в гиперинтенсивных областях Т2 без контрастирования (NE), окружающих основную часть опухоли, усиливающую контраст. 19 Мы применили pH-чувствительную эхопланарную визуализацию с насыщением химического обмена аминов (CEST-EPI) у пациентов с глиобластомой. Визуализация CEST может использовать обнаружение быстро обменивающихся аминных протонов для получения контраста изображения, который зависит от кислотности ткани. Протоны основной массы воды подвергаются химическому обмену с протонами амина. CEST-визуализация обнаруживает ослабление намагниченности объемной воды после импульса насыщения, которое может варьироваться в зависимости от концентрации аминных протонов. Этот контраст можно количественно оценить как асимметрию коэффициента передачи намагниченности (MTRasym) относительно резонансной частоты протонов воды. Известно, что опухолевые клетки производят повышенные уровни внеклеточного водорода, учитывая 1) более высокую скорость метаболизма вследствие увеличения клеточного обновления и 2) склонность к анаэробному гликолизу – эффект Варбурга. Мы показали активное опухолевое бремя и активную репликацию, происходящую в инфильтрирующих клетках глиобластомы. и, таким образом, использовали CEST-визуализацию для визуализации проникающих опухолевых клеток. 19 При впервые диагностированной и рецидивирующей глиобластоме более высокая медиана MTRasym при 3 ppm в регионах CEST+ NE p=0,007; p=0,0326] и более высокие объемы опухоли CEST+ NE [p=0,020; p<0,001] были связаны со снижением ВБП. Проспективная биопсия областей CEST+ NE под контролем МРТ показала корреляцию с наличием плотности клеток и положительностью % Ki-67 [p<0,001, р<0,001]. Кроме того, используя патологоанатомическую диагностику в качестве золотого стандарта, мы увидели, что порог MTRasym> 1,50% позволяет идентифицировать опухолевые клетки с чувствительностью 100% и специфичностью 71,4%. В неопубликованных данных с дополнительными образцами только от недавно диагностированной глиобластомы IV IV по классификации ВОЗ расчетная чувствительность и специфичность составила 100% при использовании нейропатологического обзора в качестве золотого стандарта. Кроме того, при использовании секвенирования одноклеточной РНК (scRNAseq) обнаружения опухолевых клеток с помощью анализа вариаций числа копий в качестве золотого стандарта из 17 биопсий в областях CEST + NE тот же порог 1,50% идентифицировал опухолевые клетки с чувствительностью 93% и специфичностью. 100%. Учитывая сильную корреляцию между опухолевыми клетками и областями CEST+ NE, мы предварительно провели резекцию CEST+ NE у 5 пациентов с впервые диагностированной глиобластомой ВОЗ IV. По этим предварительным данным мы не обнаружили значительных послеоперационных осложнений при более крупных резекциях (рис. 6B). Все пациенты получали стандартную адъювантную терапию (темозоломид + лучевая терапия), и ни у одного из пациентов не наблюдалось прогрессирования (медиана ВБП 13 месяцев). На основании этих данных мы предполагаем, что максимально безопасная резекция областей CEST+ NE сведет к минимуму послеоперационную нагрузку опухолевых клеток и позволит повысить выживаемость.

Экспериментальный подход. Мы проведем проспективное рандомизированное контролируемое исследование хирургической резекции глиобластомы с помощью pH-чувствительного амина CEST-EPI. Я буду регистрировать пациентов в Медицинском центре Рональда Рейгана Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Программа отделения нейрохирургии опухолей головного мозга Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе представляет собой крупный нейроонкологический центр. Ежегодно мы проводим более 300 операций по поводу глиомы, имеем аккредитованную CAST стипендию в области нейроонкологии и грант SPORE на лечение опухолей головного мозга. Учитывая эту историю, мы считаем целесообразным привлечь к участию в этом исследовании 60 пациентов в течение 3 лет (по 15 в год). Мы будем набирать пациентов с визуализацией, соответствующей глиобластоме IV степени по ВОЗ. 51 Я непосредственно предоставлю информированное согласие на участие в исследовании, а также информированное согласие на саму операцию. Перед рандомизацией все пациенты должны пройти предоперационное медицинское освидетельствование и стандартный предоперационный прием лекарств (леветирацетам 100 мг два раза в день и дексаметазон 4 мг три раза в день). Всем пациентам будет проведена предоперационная стандартная анатомическая МРТ 52 в течение 1 недели после операции (3T Siemens Prisma, Siemens Healthcare, Эрланген, Германия). Последовательности МРТ будут включать в себя: 1-миллиметровые 3D-изображения с инверсией-восстановлением градиента, вызванные эхо-изображениями до и после инъекции гадолиниевого контраста (Gd-DTPA, 0,1 ммоль/кг), а также турбоспин-эхоизображения, взвешенные по Т2-взвешенной плотности протонов. Будет получена планарная эхо-МРТ27 CEST с взвешенным по pH амином (поле зрения: 256 x 256 мм2, размер матрицы: 128 x 128, толщина среза 4 мм, время сканирования: примерно 5 минут).

Данные изображений будут загружены с сервера PACS на серверы лаборатории для последующей обработки и анализа (рис. 7). Это будет состоять из аффинной коррекции движения (mcflirt; FSL, FMRIB, Оксфорд, Великобритания) и регистрации анатомического T1 с помощью контрастных изображений. MTRasym будет рассчитываться для всех вокселей последовательностей CEST. Весь дальнейший анализ изображений будет осуществляться с помощью AFNI (Программное обеспечение для анализа и визуализации функциональных магнитно-резонансных нейроизображений). 53 Чтобы получить области интереса на основе аномалии MTRasym, мы сначала идентифицируем опухоль CE путем пооксельного вычитания интенсивности изображения T1 без контраста из T1 с контрастом. 16 Используя порог интенсивности, CE будет сегментирован, а для опухолей с некротическим или кистозным ядром они будут заполнены для получения интересующих областей опухоли CE (ROI). Эта рентабельность инвестиций будет увеличена в объеме для получения NE ROI. ROI NE будет зарегистрирован вместе с картами MTRasym и отфильтрован по минимальному значению 1,5, которое, как было показано, позволяет прогнозировать наличие опухолевых клеток с высокой чувствительностью и специфичностью. 19 Наконец, ROI CE будет вычтен из ROI NE, отфильтрованного на предмет аномальных значений MTRasym, чтобы получить область опухоли CEST+ NE (рис. 7). Перед операцией субъекты будут рандомизированы. Пациентам, рандомизированным в экспериментальную группу, будут загружены сегменты CEST+ NE на интраоперационные объекты с использованием нашего программного обеспечения для интраоперационной нейронавигации (Surgical Navigation System BrainLab, Мюнхен, Германия). Пациентам, рандомизированным в группу стандартного лечения, будет проведена стандартная МРТ с последовательностями контрастирования, загруженными в интраоперационное программное обеспечение нейронавигации. Во время операции я проведу стандартную резекцию контрастной части опухоли (группа стандартного лечения) или стандартную резекцию плюс максимально безопасную хирургическую резекцию областей CEST+NE (экспериментальная группа). Максимально безопасная хирургическая резекция включает в себя полное избегание красноречивой (двигательной, языковой) ткани. Всем пациентам будет проводиться стандартный послеоперационный уход. Адъювантная терапия будет включать стандартную синхронную пероральную терапию темозоломидом (6 недель) и лучевую терапию в дозе 60 Гр более 30 фракций в полость резекции. Стандартная МРТ с контрастом и без него будет использоваться в качестве контрольной визуализации, а критерии RANO будут использоваться для определения рецидива. Первичной конечной точкой будет выживаемость без прогрессирования заболевания, а вторичными конечными точками будут общая выживаемость, частота хирургических осложнений и различия в качестве жизни, измеренные по до- и послеоперационным показателям по шкале Карновского.

Статистический план. Используя наши предварительные данные о резекциях CEST+ NE и медиане ВБП (6 месяцев) для нашей более крупной 10-летней группы пациентов с впервые диагностированной глиобластомой, мы рассчитали размер выборки в 60 человек, чтобы обеспечить мощность 95% для обнаружения значимой разницы за 6 месяцев. в PFS на уровне значимости 0,05. Клинические характеристики, связанные с выживаемостью (возраст, предоперационный KPS), будут сравниваться с использованием независимых выборочных t-тестов для оценки систематической ошибки, несмотря на рандомизацию. Для сравнения результатов выживаемости будут использоваться многомерные криты Кокса и логарифмические ранговые тесты. Независимые выборочные тесты хи-квадрат будут использоваться для сравнения различий в частоте хирургических осложнений и послеоперационных изменениях по шкале Карновского.