Op weg naar gecombineerde beeldvorming van hypoxie en adaptieve radiotherapie

Op weg naar gecombineerde beeldvorming van hypoxie en adaptieve radiotherapie

Tijdstempel: 28 april 2023 4:50 uur

Tumoroxygenatiemetingen
Tumoroxygenatiemetingen Voorbeeld van patiëntscans met een anatomisch referentie-MR-beeld (linkerkolom) en ΔR1 kaarten verkregen uit twee basislijnscans vóór de behandeling (kolommen in het midden en rechts) met een tussenpoos van ongeveer zes dagen. (Met dank aan: CC BY 4.0/Radiother. Oncol. 10.1016/j.radonc.2023.109592)

Een snelgroeiende tumor kan niet alle regio's van zuurstof voorzien. De resulterende zuurstofarme tumorgebieden zijn echter moeilijk te behandelen met bestralingstherapie, een techniek die afhankelijk is van vrije radicalen die in aanwezigheid van zuurstof worden geproduceerd om DNA in kankercellen te beschadigen.

Artsen hebben dit probleem met verschillende benaderingen aangepakt - van radiosensibilisatoren die de effecten van radiotherapie bij hypoxische tumoren versterken tot technieken zoals protonentherapie die hoge stralingsdoses leveren. Toch willen onderzoekers zuurstofarme tumoren kunnen identificeren, zodat behandelingen kunnen worden aangepast om dergelijke tumoren effectiever aan te pakken. Maar de huidige technieken om de zuurstofniveaus van tumoren te meten zijn invasief, bieden beperkte ruimtelijke informatie of vereisen radiofarmaceutica die tot nu toe in veel klinische omgevingen niet verkrijgbaar zijn.

In een belangrijke stap voor niet-invasieve hypoxie-beeldvorming en toekomstige biologie-geleide adaptieve radiotherapiestudies, hebben onderzoekers een techniek geïntegreerd om tumoroxygenatie te meten met een MR-linac, een hybride MRI-scanner en radiotherapie-toedieningssysteem.

Michaël Dubec, een hoofdwetenschapper in magnetische resonantiebeeldvorming bij De Christie NHS Foundation Trust en een MR-onderzoeksfysicus aan de Universiteit van Manchester, is de eerste auteur van de studie, die werd gepubliceerd in Radiotherapie en Oncologie.

"In dit werk hebben we de verandering in longitudinale relaxatiesnelheid onderzocht (R1) in tumoren veroorzaakt door 100% zuurstofgasademhaling, "zegt Dubec. “Op basis van eerder validatiewerk tegen immunohistochemie kunnen we zeggen dat de ΔR1 techniek kan worden gebruikt om tumorgebieden te identificeren die verband houden met lage zuurstofniveaus."

Tijdens een met zuurstof versterkte magnetische resonantiebeeldvorming (OE-MRI) -scan ademen patiënten zuivere zuurstof in, die zich aanvankelijk bindt aan hemoglobine, waardoor de zuurstofverzadiging in het bloed wordt gemaximaliseerd. Alle extra zuurstof lost vervolgens op in bloedplasma en weefsels, waardoor de concentratie van zuurstofmoleculen toeneemt en dit leidt tot sneller longitudinaal netmagnetisatieherstel en een grotere longitudinale relaxatiesnelheid (R1).

De onderzoekers testten de hypoxie-beeldvormingstechniek met behulp van een diagnostische MR-scanner, bij gezonde deelnemers en vervolgens bij deelnemers met hoofd-halskanker. Ze voerden ook fantoomstudies uit. Ze creëerden afbeeldingen die de verandering in R1 door het hoofd en de nek, en gebruikten analyses van interessegebieden om de omvang van deze verandering in tumoren te meten.

Dubec en collega's herhaalden de studie op een MR-linac-systeem. Ze concluderen dat de OE-MRI-methoden herhaalbaar en reproduceerbaar zijn op MR-linac-systemen en gegevens van "equivalente kwaliteit" leveren aan die verkregen op diagnostische MR-scanners.

"Zuurstof-versterkte MRI biedt een praktische en gemakkelijk te vertalen techniek om de oxygenatie in normale weefsels en tumoren te beoordelen waarvan we voor het eerst hebben aangetoond dat ze kunnen worden opgenomen in MR-geleide radiotherapiesystemen zonder dat er problemen worden gemeld door gezonde vrijwilligers en patiënten." zegt Dubec.

Hoewel de onderzoekers een MR-beeldvormingsreeks gebruikten die snel 3D-beeldvolumes verwerft, merken ze op dat hun protocol nog steeds te lang is om in een standaard MR-linac-workflow te passen. Bijkomend werk omvat een perfusiesequentie om necrotische gebieden te identificeren en zal de reproduceerbaarheid van methoden en resultaten in verschillende klinieken evalueren. Dubec zegt dat validatiewerk ook rechtstreeks veranderingen in R1 waarde aan veranderingen in de absolute zuurstofconcentratie en vervolgens aan specifieke zuurstofniveaus in tumoren.

"In wezen streven we ernaar de OE-MRI-techniek te ontwikkelen en te vertalen, zodat deze in de toekomst kan worden gebruikt voor op adaptieve radiotherapie gebaseerde klinische onderzoeken in ziekenhuizen", zegt Dubec. "Het is belangrijk dat meer instellingen onderzoek doen naar en samenwerken aan OE-MRI-technieken, zodat we meer bewijs kunnen verzamelen van de beperkingen en voordelen van deze techniek en het nut ervan in verschillende tumortypen kunnen beoordelen."

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld