PH Sensitive MRT-baserade resektioner av glioblastom

Vi har tidigare tagit upp svårigheten att identifiera tumör i icke-förstärkande (NE) T2 hyperintensiva regioner som omger den kontrastförstärkande huvuddelen av tumören. 19 Vi har tillämpat pH-känsliga amin-kemiskt utbytesmättnadsöverförings-ekoplanär avbildning (CEST-EPI) på patienter med glioblastom. CEST-avbildning kan använda detektering av snabbt utbytande aminprotoner för att erhålla en bildkontrast som är beroende av vävnadens surhet. Bulkvattenprotoner genomgår kemiskt utbyte med aminprotoner. CEST-avbildning detekterar dämpningen av bulkvattenmagnetisering efter en mättnadspuls, som kan variera beroende på koncentrationen av aminprotoner. Denna kontrast kan kvantifieras som asymmetrin i magnetiseringsöverföringsförhållandet (MTrasym) i förhållande till vattenprotonresonansfrekvensen. Tumörceller är kända för att producera förhöjda nivåer av extracellulärt väte, givet 1) en högre metabolisk hastighet sekundärt till ökad cellomsättning och 2) en affinitet för anaerob glykolys - Warburg-effekten. Vi har visat aktiv tumörbörda och aktiv replikation som förekommer i infiltrerande glioblastomceller. och därmed utnyttjade CEST-avbildning för att visualisera infiltrerande tumörceller. 19 Vid nydiagnostiserade och återkommande glioblastom, högre median MTRasym vid 3 ppm inom CEST+ NE-regioner p=0,007; p=0,0326] och högre volymer av CEST+ NE-tumör [p=0,020; p<0,001] var associerade med minskad PFS. Prospektiva MRT-vägda biopsier av CEST+ NE-regioner visade en korrelation med närvaro av celldensitet och %Ki-67-positivitet [p<0,001, p<0,001]. Vidare, med hjälp av patologisk diagnos som guldstandard, såg vi en tröskel på MTRasym > 1,50% för att kunna identifiera tumörceller med en sensitivitet på 100% och specificitet på 71,4%. I opublicerade data med ytterligare prover endast från nydiagnostiserade WHO IV glioblastom, var den beräknade sensitiviteten och specificiteten 100 % vid användning av neuropatologisk granskning som guldstandard. Dessutom, när man använder encells-RNA-sekvensering (scRNAseq) detektion av tumörceller via kopietalsvariationsanalys som guldstandard, från 17 biopsier i CEST+ NE-regioner, identifierade samma tröskel på 1,50 % tumörceller med en känslighet på 93 % och specificitet på 100 %. Med tanke på den starka korrelationen mellan tumörceller och CEST+ NE-regioner har vi preliminärt genomfört CEST+ NE-resektioner på 5 patienter med nyligen diagnostiserat WHO IV glioblastom. I dessa preliminära data hittade vi inga signifikanta postoperativa komplikationer med de större resektionerna (Figur 6B). Alla patienter fick standardvård adjuvant terapi (temozolomid + strålbehandling) och ingen av patienterna har upplevt progression (median PFS 13 månader). Med dessa data antar vi att maximal säker resektion av CEST+ NE-regioner kommer att minimera den postkirurgiska tumörcellsbördan och möjliggöra ökad överlevnad.

Experimentellt tillvägagångssätt. Vi kommer att genomföra en prospektiv, randomiserad kontrollerad studie av kirurgisk resektion av glioblastom med pH-känslig amin CEST-EPI. Patienter kommer att skrivas in av mig vid UCLA Ronald Reagan Medical Center. UCLA-avdelningen för neurokirurgi hjärntumörprogram är ett neuro-onkologiskt center med stor volym. Vi genomför över 300 operationer för gliom på årsbasis, vi har ett CAST-ackrediterat neuro-onkologiskt stipendium och vi har ett SPORE-stipendium för hjärntumörer. Med tanke på denna historia finner vi det möjligt att rekrytera 60 patienter över 3 år (15 per år) för att delta i denna studie. Vi kommer att rekrytera patienter med bildbehandling som överensstämmer med WHO grad IV glioblastom. 51 Jag kommer direkt att ge informerat samtycke för att delta i prövningen tillsammans med informerat samtycke för själva operationen. Före randomisering kommer alla patienter att genomgå preoperativ medicinsk clearance och standard preoperativ medicinadministration (levetiracetam 100 mg två gånger dagligen och dexametason 4 mg tre gånger dagligen). Alla patienter kommer att genomgå preoperativ standard anatomisk MRI 52 inom 1 vecka efter operationen (3T Siemens Prisma, Siemens Healthcare, Erlangen, Tyskland). MRI-sekvenser kommer att inkludera: 1 mm 3D inversion-recover-gradient återkallade ekobilder före och efter injektion av gadoliniumkontrast (Gd-DTPA, 0,1 mmol/kg) och T2-vägda turbospin-ekobilder med dubbeleko protondensitet. pH-vägd amin CEST ekoplan MRI27 kommer att erhållas (synfält: 256 x 256 mm2, matrisstorlek: 128 x 128, skivtjocklek 4 mm, skanningstid: cirka 5 minuter).

Bilddata kommer att laddas ner från PACS-servern till labbservrar för efterbearbetning och analys (Figur 7). Detta kommer att bestå av affin rörelsekorrigering (mcflirt; FSL, FMRIB, Oxford, Storbritannien) och registrering till anatomisk T1 med kontrastbilder. MTRasym kommer att beräknas för alla voxlar av CEST-sekvenser. All ytterligare bildanalys kommer att utföras på AFNI (Programvara för analys och visualisering av funktionella magnetiska resonansneurobilder). 53 För att erhålla intressanta regioner baserade på MTRasym-abnormitet kommer vi först att identifiera CE-tumör genom en voxel-för-voxel-subtraktion av bildintensiteten för T1 utan kontrast från T1 med kontrast. 16 Med hjälp av en intensitetströskel kommer CE att segmenteras och för tumörer med nekrotisk eller cystisk kärna kommer dessa att fyllas för att erhålla CE-tumörregioner av intresse (ROI). Denna ROI kommer att utökas volymetriskt för att erhålla NE ROI. NE ROI kommer att samregistreras till MTRasym-kartor och filtreras med lägsta värde 1,5 som har visat sig förutsäga närvaron av tumörceller med hög känslighet och specificitet. 19 Slutligen kommer CE ROI att subtraheras från NE ROI som filtrerats för onormala MTRasym-värden för att ge en CEST+ NE-region av tumören (Figur 7). Före operationen kommer försökspersonerna att randomiseras. Patienter som randomiserats till den experimentella armen kommer att ha CEST+ NE-segmentering uppladdade till intraoperativa objekt med hjälp av vår intraoperativa neuronavigationsprogramvara (BrainLab Surgical Navigation System, München, Tyskland). Patienter som randomiserats till standard-of-care-armen kommer att ha standard MRT w/wo kontrastsekvenser uppladdade till den intraoperativa neuronavigationsmjukvaran. Under operationen kommer jag att utföra standardbehandlingsresektion av den kontrasthöjande delen av tumören (standard-of-care-armen) eller standardvårdsresektion plus maximal säker kirurgisk resektion av CEST+NE-regioner (experimentell arm). Maximalt säker kirurgisk resektion inkluderar fullständigt undvikande av vältalig (motorisk, språklig) vävnad. Standard postoperativ vård kommer att utföras på alla patienter. Adjuvant terapi kommer att innefatta standard-of-care synkron oral temozolomid (6 veckor) och strålbehandling 60 Gy över 30 fraktioner till resektionskaviteten. Standard MRT med och utan kontrast kommer att användas som övervakningsbild och RANO-kriterier kommer att användas för att fastställa återfall. Primär endpoint kommer att vara progressionsfri överlevnad och sekundära endpoints kommer att vara total överlevnad, kirurgiska komplikationsfrekvens och livskvalitetsskillnader mätt med pre- och postoperativ karnofsky prestationsskala.

Statistisk plan. Med hjälp av våra preliminära data om CEST+ NE-resektioner och median-PFS (6 månader) för vår större 10-åriga kohort av patienter med nydiagnostiserade glioblastom, beräknade vi en provstorlek på 60 för att ge en kraft på 95 % för att upptäcka en meningsfull skillnad på 6 månader i PFS på en signifikansnivå på 0,05. Kliniska egenskaper associerade med överlevnad (ålder, preoperativ KPS) kommer att jämföras med hjälp av oberoende prov t-tester för att bedöma för bias trots randomisering. Multivariat cox och log rank test kommer att användas för att jämföra överlevnadsresultat. Oberoende prov chikvadrattest kommer att användas för att jämföra skillnader i kirurgiska komplikationsfrekvens och postoperativa förändringar i karnofsky prestandaskala.