Mot kombinert hypoksiavbildning og adaptiv strålebehandling

En raskt voksende svulst kan ikke levere oksygen til alle sine regioner. De resulterende oksygenutsultede tumorregionene er imidlertid vanskelige å behandle med strålebehandling, en teknikk som er avhengig av frie radikaler produsert i nærvær av oksygen for å skade DNA i kreftceller.

Klinikere har taklet dette problemet med en rekke tilnærminger – fra strålesensibilisatorer som forsterker effekten av strålebehandling ved hypoksiske svulster til teknikker som protonterapi som gir høye stråledoser. Likevel ønsker forskerne å kunne identifisere oksygenutsultede svulster slik at behandlinger kan justeres for å målrette slike svulster mer effektivt. Men nåværende teknikker for å måle oksygennivåer i tumorer er invasive, gir begrenset romlig informasjon eller krever radiofarmasøytiske midler som ennå ikke kan oppnås i mange kliniske omgivelser.

I et viktig skritt for ikke-invasiv hypoksiavbildning og fremtidige biologistyrte adaptive stråleterapistudier, har forskere integrert en teknikk for å måle tumoroksygenering med en MR-linac, en hybrid MR-skanner og strålebehandlingssystem.

Michael Dubec, en hovedforsker innen magnetisk resonansavbildning ved Christie NHS Foundation Trust og en MR-forskningsfysiker ved University of Manchester, er førsteforfatter på studien, som ble publisert i Stråleterapi og onkologi.

"I dette arbeidet undersøkte vi endringen i langsgående avspenningshastighet (R₁) i svulster indusert av 100 % oksygengasspust, sier Dubec. "Basert på tidligere valideringsarbeid mot immunhistokjemi kan vi si at ΔR₁ teknikk kan brukes til å identifisere svulstområder assosiert med lave oksygennivåer."

Under en oksygenforsterket magnetisk resonanstomografi (OE-MRI)-skanning, puster pasienter rent oksygen, som i utgangspunktet binder seg til hemoglobin, og maksimerer blodets oksygenmetning. Eventuelt ekstra oksygen løses deretter opp i blodplasma og vev, øker konsentrasjonen av oksygenmolekyler og fører til raskere langsgående nettmagnetiseringsgjenoppretting og en større langsgående avslapningshastighet (R₁).

Forskerne testet hypoksiavbildningsteknikken ved hjelp av en diagnostisk MR-skanner, hos friske deltakere og deretter deltakere med hode- og nakkekreft. De utførte også fantomstudier. De laget bilder som viser endring i R₁ gjennom hele hodet og nakken, og brukte analyser av interesseområder for å måle størrelsen på denne endringen i svulster.

Dubec og kolleger gjentok studien på et MR-linac-system. De konkluderer med at OE-MRI-metodene er repeterbare og reproduserbare på MR-linac-systemer og gir "ekvivalent kvalitetsdata" til det som er innhentet på diagnostiske MR-skannere.

"Oksygenforsterket MR tilbyr en praktisk og lett oversettbar teknikk for å vurdere oksygenering i normalt vev og svulster som vi for første gang har vist kan inkorporeres i MR-veiledede strålebehandlingssystemer uten problemer rapportert fra friske frivillige og pasienter," sier Dubec.

Fotoakustisk kartlegging av tumoroksygenering forutsier effekt av strålebehandling

Selv om forskerne brukte en MR-bildesekvens som raskt henter inn 3D-bildevolumer, bemerker de at protokollen deres fortsatt er for lang til å passe inn i en standard MR-linac arbeidsflyt. Ytterligere arbeid vil inkludere en perfusjonssekvens for å identifisere nekrotiske områder og vil evaluere reproduserbarheten til metoder og resultater på tvers av klinikker. Dubec sier at valideringsarbeid også bør koble direkte endringer i R₁ verdi til endringer i absolutt oksygenkonsentrasjon og deretter til spesifikke oksygennivåer i svulster.

"I hovedsak tar vi sikte på å utvikle og oversette OE-MRI-teknikken slik at den kan brukes til adaptive stråleterapibaserte kliniske studier på sykehus i fremtiden," sier Dubec. "Å ha flere institusjoner til å undersøke og samarbeide om, OE-MRI-teknikker er viktig slik at vi kan samle flere bevis på begrensningene og fordelene med denne teknikken, og vurdere dens nytte i forskjellige tumortyper."

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/towards-combined-hypoxia-imaging-and-adaptive-radiotherapy/