Auf dem Weg zu kombinierter Hypoxie-Bildgebung und adaptiver Strahlentherapie

Ein schnell wachsender Tumor kann nicht alle seine Regionen mit Sauerstoff versorgen. Die resultierenden sauerstoffarmen Tumorregionen sind jedoch schwer mit Strahlentherapie zu behandeln, einer Technik, die auf freien Radikalen beruht, die in Gegenwart von Sauerstoff produziert werden, um die DNA in Krebszellen zu schädigen.

Kliniker haben dieses Problem mit einer Vielzahl von Ansätzen angegangen – von Radiosensibilisatoren, die die Wirkung der Strahlentherapie bei hypoxischen Tumoren verstärken, bis hin zu Techniken wie der Protonentherapie, die hohe Strahlendosen abgeben. Dennoch möchten Forscher in der Lage sein, sauerstoffarme Tumore zu identifizieren, damit Behandlungen angepasst werden können, um solche Tumore effektiver anzugreifen. Die derzeitigen Techniken zur Messung des Sauerstoffgehalts in Tumoren sind jedoch invasiv, liefern nur begrenzte räumliche Informationen oder erfordern Radiopharmaka, die in vielen klinischen Umgebungen noch nicht erhältlich sind.

In einem wichtigen Schritt für die nicht-invasive Hypoxie-Bildgebung und zukünftige biologisch geführte adaptive Strahlentherapiestudien haben Forscher eine Technik zur Messung der Tumoroxygenierung mit einem MR-Linearbeschleuniger, einem Hybrid-MRT-Scanner und einem Strahlentherapie-Verabreichungssystem integriert.

Michael Dubeck, ein leitender Wissenschaftler in der Magnetresonanztomographie bei Der Christie NHS Foundation Trust und ein MR-Forschungsphysiker an der University of Manchester, ist Erstautor der Studie, die in veröffentlicht wurde Strahlentherapie und Onkologie.

„In dieser Arbeit haben wir die Veränderung der Längsrelaxationsrate (R₁) bei Tumoren, die durch 100-prozentige Sauerstoffgasatmung induziert werden“, sagt Dubec. „Basierend auf früheren Validierungsarbeiten gegen die Immunhistochemie können wir sagen, dass der ΔR₁ Technik kann verwendet werden, um Tumorregionen zu identifizieren, die mit niedrigen Sauerstoffwerten verbunden sind.“

Während einer sauerstoffverstärkten Magnetresonanztomographie (OE-MRT) atmen die Patienten reinen Sauerstoff ein, der sich zunächst an Hämoglobin bindet und so die Sauerstoffsättigung im Blut maximiert. Jeder zusätzliche Sauerstoff löst sich dann im Blutplasma und im Gewebe auf, erhöht die Konzentration der Sauerstoffmoleküle und führt zu einer schnelleren Wiederherstellung der Nettomagnetisierung in Längsrichtung und einer größeren Relaxationsrate in Längsrichtung (R₁).

Die Forscher testeten die Hypoxie-Bildgebungstechnik mit einem diagnostischen MR-Scanner bei gesunden Teilnehmern und dann bei Teilnehmern mit Kopf-Hals-Krebs. Sie führten auch Phantomstudien durch. Sie erstellten Bilder, die die Veränderung von R zeigen₁ im gesamten Kopf- und Halsbereich und verwendeten Region-of-Interest-Analysen, um das Ausmaß dieser Veränderung bei Tumoren zu messen.

Dubec und Kollegen wiederholten die Studie auf einem MR-Linac-System. Sie kommen zu dem Schluss, dass die OE-MRT-Methoden auf MR-Linac-Systemen wiederholbar und reproduzierbar sind und „Daten von gleichwertiger Qualität“ zu denen liefern, die auf diagnostischen MR-Scannern erfasst werden.

„Die sauerstoffverstärkte MRT bietet eine praktische und leicht übersetzbare Technik zur Beurteilung der Sauerstoffversorgung in normalen Geweben und Tumoren, von der wir zum ersten Mal gezeigt haben, dass sie in MR-geführte Strahlentherapiesysteme integriert werden kann, ohne dass von gesunden Probanden und Patienten Probleme gemeldet werden.“ sagt Dubeck.

Die photoakustische Kartierung der Tumoroxygenierung sagt die Wirksamkeit der Strahlentherapie voraus

Obwohl die Forscher eine MR-Bildgebungssequenz verwendeten, die 3D-Bildvolumina schnell erfasst, stellen sie fest, dass ihr Protokoll immer noch zu lang ist, um in einen standardmäßigen MR-Linearbeschleuniger-Workflow zu passen. Weitere Arbeiten werden eine Perfusionssequenz beinhalten, um nekrotische Regionen zu identifizieren, und die Reproduzierbarkeit von Methoden und Ergebnissen in allen Kliniken bewerten. Dubec sagt, dass die Validierungsarbeit auch Änderungen in R direkt verknüpfen sollte₁ Wert auf Änderungen der absoluten Sauerstoffkonzentration und dann auf spezifische Sauerstoffwerte in Tumoren.

„Im Wesentlichen zielen wir darauf ab, die OE-MRT-Technik so weiterzuentwickeln und zu übersetzen, dass sie in Zukunft für adaptive strahlentherapiebasierte klinische Studien in Krankenhäusern eingesetzt werden kann“, sagt Dubec. „Es ist wichtig, dass mehr Institutionen OE-MRT-Techniken untersuchen und daran zusammenarbeiten, damit wir mehr Beweise für die Grenzen und Vorteile dieser Technik sammeln und ihren Nutzen bei verschiedenen Tumorarten bewerten können.“

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/towards-combined-hypoxia-imaging-and-adaptive-radiotherapy/