Patologisk validering av funktionell bildbehandling vid skivepitelcancer i huvud och hals

BAKGRUND OCH INSTÄLLNING

1.1. INTRODUKTION

Samtidig (kemo-) strålbehandling (CRT) är den nuvarande standarden för vård för patienter med lokalt avancerad skivepitelcancer i huvud och hals (HNSCC). Närheten till viktiga funktionella strukturer med tumören gör behandlingen dock mycket komplex. Behandlingsrelaterad toxicitet kan vara allvarlig med xerostomi och dysfagi som allvarligt komplicerar patientens livskvalitet. Användningen av ändrade fraktioneringsscheman och/eller samtidig kemoterapi har resulterat i betydande vinster i lokoregional kontroll, vilket leder till betydande förbättringar av den totala överlevnaden. Även om prognosen för patienter som behandlas med RT för lokalt avancerad HNSCC kontinuerligt förbättras, finns det fortfarande ett stort antal lokoregionala misslyckanden.

Genom att använda mycket konform strålterapi kan utredarna öka det terapeutiska indexet genom att ge högre doser till de mer radioresistenta delarna av tumören samtidigt som de bibehåller eller till och med minskar dosen till omgivande vävnader. Funktionell avbildning kan hjälpa oss att definiera dessa radioresistenta delvolymer och hjälpa oss att avgränsa den bruttotumörvolymen (GTV) bättre i framtiden. Positronemissionstomografi (PET), diffusionsviktad magnetisk resonanstomografi (DWI) och dynamisk kontrastförstärkt MRI (DCE-MRI) kan ge oss ytterligare insikt i tumörens underliggande biologiska och mikrostrukturella egenskaper. Men för närvarande är utredarna inte säkra på hur de ska tolka de olika avbildningsparametrarna som erhålls från dessa funktionella avbildningsmodaliteter. Därför vill utredarna korrelera avbildningsparametrarna med tumörens patologiska egenskaper. Å andra sidan vill utredarna korrelera den GTV som definieras på de funktionella avbildningsmodaliteterna med den patologiska GTV, och se om dessa modaliteter kan hjälpa oss att avgränsa GTV mer exakt i framtiden.

1.2. BILDNINGSMODALITETER

1.2.1. FDG-Positron Emission Tomography (FDG-PET)

Ökad glukosmetabolism är en grundläggande egenskap hos många maligna tumörer, inklusive HNSCC. Positronemissionstomografi (PET) efter injektion av radioaktivt märkt 2'-fluordeoxiglukos (18F-FDG) kan hjälpa oss att mäta och kvantifiera denna metabolism i tumörer, med hjälp av det standardiserade upptagsvärdet (SUV). Flera studier har korrelerat hög SUV före behandling med signifikant sämre resultat vid HNSCC. Dessutom verkar det som att de flesta lokala återfall inträffar inom den FDG-PET-definierade GTV. Den molekylära basen för detta är inte helt klarlagd.

Prolifererande tumörceller konsumerar glukos i hög hastighet och frigör laktat och inte CO2. På så sätt utelämnar de den mitokondrierdrivna oxidativa fosforyleringen av glukos från produktionen av ATP (=Warburg-effekt). Flera molekylära parametrar har associerats med denna glykolytiska switch, såsom aktivering av den hypoxiinducerade HIF1α och den ökade närvaron av GLUT-glukostransportproteiner. Hittills har ingen tydlig korrelation hittats mellan förekomsten av hypoxi och FDG-upptag.

1.2.2. Diffusionsviktad magnetisk resonanstomografi (DWI)

Diffusionsviktad magnetisk resonanstomografi (DWI) kan karakterisera vävnader baserat på slumpmässig förskjutning av vattenmolekyler. I biologiska vävnader begränsas denna förskjutning av underliggande vävnadsspecifika barriärer och denna skillnad kan kvantifieras och visualiseras med hjälp av ADC-värden (apparent diffusion coefficient). En studie på 165 patienter i vårt center med HNSCC visade att ADC-värdet före behandling är en stark och oberoende prognostisk faktor för utfallet. Patienter med ett högt ADC-värde svarar sämre på joniserande strålning än patienter med ett lägre ADC-värde. Det finns idag ingen tydlig förklaring till varför tumörer med högre celltäthet är mer strålkänsliga än tumörer med låg densitet. Ett antal mikroskopiska egenskaper påverkar vattendiffusion i vävnad (närvaro av nekros, celltäthet, inflammation, cellmembrans integritet). Många av dessa påverkar även tumörernas radio- och kemokänslighet.

1.2.3. Dynamisk kontrastförstärkt magnetisk resonanstomografi (DCE-MRI)

Dynamisk kontrastförstärkt MRI (DCE-MRI) är en icke-invasiv avbildningsmodalitet som har utvecklats och utvärderats för karakterisering av vaskulära egenskaper hos vävnader. Tillräcklig syretillförsel är avgörande för effektiviteten av joniserande strålning. Tumörangiogenes är dock långt ifrån perfekt och nybildade kärl uppvisar permeabilitet, slingrande egenskaper och en allmänt dålig funktionalitet. Dessa vaskulära egenskaper skulle kunna ge oss insikt i tumörens aggressivitet och strålkänslighet. Dynamisk datortomografi (CT) har visat att perfusionsmätningar kan förutsäga utfall i huvud- och halscancer efter strålbehandling. På liknande sätt har kvantitativ bedömning av DCE-MRI också korrelerats med svar på joniserande strålning hos patienter med HNSCC. En nyligen genomförd studie på ett begränsat antal patienter korrelerade vissa DCE-MRI-parametrar med intratumoral hypoxi. Men hittills har ingen rumslig korrelation gjorts.

STUDIENS MÅL

2.1. PRIMÄRA MÅL

Huvudsyftet med denna studie är att korrelera DWI, DCE-MRI och FDG-PET med den rumsliga fördelningen av hypoxi hos patienter med huvud- och halscancer.

2.2. SEKUNDÄRA MÅL

A. Att korrelera fynd om funktionell avbildning med inneboende molekylära parametrar som visar proliferation, hypoxi och glukosmetabolism.

B. För att validera användningen av hypoximarkörerna och 15-geners hypoxigenexpressionsklassificeraren.

C. Att jämföra tumörvolymen som härledd från patologi med de volymer som anges på de olika anatomiska och funktionella avbildningsmodaliteterna.

STUDERA DESIGN

Målgruppen för denna studie är patienter med ett histologiskt bevisat skivepitelcancer i struphuvudet, kvalificerade för operation, stadium T3-4. Före behandling kommer patienter att genomgå en FDG-PET/CT och MRT med DW och DCE, dedikerad för optimal visualisering av den primära tumören och analys. Avbildningsmodaliteterna kommer att utföras så nära operationen som möjligt (PET/CT en vecka före operation; MRT en dag före operation).

Före behandlingen kommer tre skivor på avbildningsmodaliteterna att väljas av en radiolog baserat på deras visuella kvalitet och heterogeniteten av funktionella parametrar. Dessa områden av intresse kommer att jämföras med olika histopatologiska parametrar på resektionsprovet. Radiologen kommer också att välja regioner, baserat på DWI- och DCE-parametrar, som misstänks vara hypoxiska. Från dessa regioner kommer en biopsi att tas.

Efter total laryngektomi kommer resektionsprovet att orienteras och biopsimaterial kommer att erhållas från de regioner i tumören som har valts ut på avbildningsmodaliteterna. Resten av provet fixeras i formaldehyd. För att ta hänsyn till tumörens krympning på grund av fixering kommer resektionsprovet att placeras i en kartong med en agaroslösning och skannas med en MRT med T1w/T2-bilder. Från detta kommer en krympningsfaktor att beräknas genom att jämföra de avgränsade T1- och T2-viktade bilderna.

Efter fixering skärs tumören upp i makroskivor med en tjocklek på ca 5 mm. På varje makroskiva kommer tumörvolymen att avgränsas. Med hjälp av detta kommer den patologiska tumörvolymen att bestämmas med hänsyn till den tidigare bestämda krympningsfaktorn. Denna patologiska volym kommer att jämföras med tumörvolymen som anges på avbildningsmodaliteterna. På de olika funktionella avbildningsmodaliteterna före operation kommer 4 separata observatörer att avgränsa GTV:n. De olika volymerna kommer att jämföras och överlappning kommer att beräknas efter 3D-provrekonstruktion och registrering.

Den GTV som erhålls från den funktionella avbildningen kommer att korreleras med den patologiska tumörvolymen hos resektionsprovet. Denna information kommer att ge oss mer insikt i den verkliga kraften hos de undersökta funktionella avbildningsteknikerna för att bestämma tumörvolymen. Detta är viktigt för att bedöma vilken roll funktionella avbildningsmodaliteter spelar i behandlingsplaneringen i framtiden.

På de tre nivåerna, valda av radiologen på avbildningsmodaliteterna, kommer 4 µm tjocka skivor att tas. På varje nivå kommer en immunhistokemisk färgning att utföras (GLUT-1, CA-IX, HIF-1α, VEGF och KI 67 färgning kommer att utföras).

IHC kommer att bedömas enligt ett semikvantitativt poängsystem med hjälp av en fältanalys där varje fält kommer att tilldelas poängen 1-4 enligt det ungefärliga området för immunfärgning (0:0%, 1:1-5%, 2:5- 15 %, 3: 15-30 % och 4: >30 %.