Mot kombinerad hypoxiavbildning och adaptiv strålbehandling

En snabbt växande tumör kan inte leverera syre till alla dess regioner. De resulterande syresvältade tumörregionerna är dock svåra att behandla med strålbehandling, en teknik som bygger på fria radikaler som produceras i närvaro av syre för att skada DNA i cancerceller.

Kliniker har angripit detta problem med en mängd olika tillvägagångssätt – från strålsensibilisatorer som förstärker strålbehandlingens effekter vid hypoxiska tumörer till tekniker som protonterapi som ger höga stråldoser. Fortfarande vill forskare kunna identifiera syresvältande tumörer så att behandlingar kan anpassas för att rikta in sådana tumörer mer effektivt. Men nuvarande tekniker för att mäta tumörsyrenivåer är invasiva, ger begränsad rumslig information eller kräver radiofarmaka som ännu inte kan erhållas i många kliniska miljöer.

I ett viktigt steg för icke-invasiv hypoxiavbildning och framtida biologistyrda adaptiva strålterapistudier, har forskare integrerat en teknik för att mäta tumörsyresättning med en MR-linac, en hybrid MRI-skanner och strålbehandlingssystem.

Michael Dubec, huvudforskare inom magnetisk resonanstomografi vid Christie NHS Foundation Trust och en MR-forskningsfysiker vid University of Manchester, är första författare till studien, som publicerades i Strålbehandling och onkologi.

"I detta arbete undersökte vi förändringen i longitudinell avslappningshastighet (R₁) i tumörer inducerade av 100 % syrgasandning, säger Dubec. "Baserat på tidigare valideringsarbete mot immunhistokemi kan vi säga att ΔR₁ teknik kan användas för att identifiera tumörregioner associerade med låga syrenivåer."

Under en syreförstärkt magnetisk resonanstomografi (OE-MRI)-skanning andas patienter rent syre, som initialt binder till hemoglobin, vilket maximerar blodets syremättnad. Eventuellt ytterligare syre löses sedan i blodplasma och vävnader, vilket ökar koncentrationen av syremolekyler och leder till snabbare longitudinell återhämtning av nätmagnetisering och en högre longitudinell relaxationshastighet (R₁).

Forskarna testade hypoxiavbildningstekniken med hjälp av en diagnostisk MR-skanner, hos friska deltagare och sedan deltagare med huvud- och halscancer. De utförde även fantomstudier. De skapade bilder som visar förändringar i R₁ i hela huvudet och halsen, och använde analyser av intresseområden för att mäta storleken på denna förändring i tumörer.

Dubec och kollegor upprepade studien på ett MR-linac-system. De drar slutsatsen att OE-MRI-metoderna är repeterbara och reproducerbara på MR-linac-system och ger "likvärdiga kvalitetsdata" till den som erhålls på diagnostiska MR-skannrar.

"Syreförstärkt MRT erbjuder en praktisk och lättöversättbar teknik för att bedöma syresättning i normala vävnader och tumörer som vi för första gången har visat kan införlivas i MR-styrda strålbehandlingssystem utan problem rapporterade från friska frivilliga och patienter." säger Dubec.

Fotoakustisk kartläggning av tumörsyresättning förutsäger strålbehandlingseffekt

Även om forskarna använde en MR-bildsekvens som snabbt förvärvar 3D-bildvolymer, noterar de att deras protokoll fortfarande är för långt för att passa in i ett standard MR-linac-arbetsflöde. Ytterligare arbete kommer att innefatta en perfusionssekvens för att identifiera nekrotiska regioner och kommer att utvärdera reproducerbarheten av metoder och resultat över kliniker. Dubec säger att valideringsarbetet också bör koppla ihop förändringar i R direkt₁ värde till förändringar i absolut syrekoncentration och sedan till specifika syrenivåer i tumörer.

"I huvudsak strävar vi efter att utveckla och översätta OE-MRI-tekniken så att den kan användas för adaptiva strålterapibaserade kliniska prövningar på sjukhus i framtiden", säger Dubec. "Att få fler institutioner att undersöka och samarbeta kring OE-MRI-tekniker är viktigt så att vi kan samla fler bevis på begränsningarna och fördelarna med denna teknik och bedöma dess användbarhet i olika tumörtyper."

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/towards-combined-hypoxia-imaging-and-adaptive-radiotherapy/