Predicting the Histological Type of Spinal Metastases Using Amide Proton Transfer-Weighted Imaging Combined with Apparent Diffusion Coefficient

Wanneer kanker zich vanuit de oorspronkelijke locatie verspreidt naar de botten van de wervelkolom, creëert dit een complexe medische puzzel. Deze secundaire tumoren, bekend als metastasen, kunnen hevige pijn veroorzaken en de bewegingsvrijheid beperken, maar de meest kritieke uitdaging voor artsen is vaak simpelweg weten waar de kanker begon. Een tumor die in de longen begon, gedraagt zich anders dan een tumor die in de borst of de prostaat begon, en de behandelplannen voor elk zijn volkomen verschillend. Om de juiste keuze te maken, moeten artsen meestal de specifieke het type kanker weten, maar het vinden van dat antwoord vereist vaak een invasieve biopsie, een procedure die risico's met zich meebrengt en moeilijk uit te voeren kan zijn op de wervelkolom. Jarenlang is standaard magnetische resonantie-imaging, of MRI, het standaardmiddel geweest voor het bekijken van deze laesies, waarbij heldere beelden worden geboden van waar de tumor zich bevindt en hoe groot deze is gegroeid. Deze traditionele beelden tonen echter voornamelijk de vorm en grootte van de massa, waardoor de interne biologische samenstelling van de tumor een mysterie blijft. Ze kunnen het bos zien, maar ze worstelen ermee om de specifieke boomsoort te identificeren.

Om dit op te lossen, richtten onderzoekers aan het Affiliated Hospital van de Gansu University of Chinese Medicine zich op twee geavanceerde beeldtechnieken die dieper kijken dan het oppervlak. De eerste methode is een techniek genaamd amide proton transfer-weighted imaging, die werkt als een chemische sensor. Het detecteert de aanwezigheid van mobiele eiwitten en peptiden binnen het tumorweefsel door te volgen hoe bepaalde waterstofatomen uitwisselen met watermoleculen. Omdat verschillende soorten kankercellen verschillende hoeveelheden eiwitten produceren en een andere metabole activiteit hebben, kan deze techniek een chemische signatuur onthullen die uniek is voor de oorsprong van de tumor. De tweede techniek is de apparent diffusion coefficient, een meting afgeleid van diffusion-weighted imaging die in kaart brengt hoe vrij watermoleculen door het weefsel bewegen. In dicht opeengepakte, snelgroeiende tumoren heeft water moeite om te bewegen, terwijl het in losser weefsel gemakkelijker stroomt. Door deze twee perspectieven te combineren—de één kijkend naar de chemische samenstelling en de ander naar de fysieke dichtheid van de cellen—hoopten de onderzoekers een completer beeld van de identiteit van de tumor te creëren zonder dat daar een naald voor nodig is.

Het team voerde een prospectieve studie uit waarbij zestig één patiënten werden betrokken die reeds via pathologie waren bevestigd met spinale metastasen. De groep werd in drie categorieën verdeeld op basis van de primaire bron van hun kanker: twintig patiënten met longkanker, zesentwintig met prostaatkanker en vijftien met borstkanker. Elke patiënt onderging een uitgebreide MRI-scan die standaard sequenties, de chemisch-gevoelige amide proton transfer imaging en de diffusion-weighted imaging omvatte. Drie ervaren radiologen, die de uiteindelijke diagnoses van de patiënten niet kenden, maten onafhankelijk de waarden van de solide delen van de tumoren op de beelden. Zij tekenden zorgvuldig 'regions of interest' rond de tumormassa's, waarbij ze gebieden met dood weefsel of vloeistof vermeden om ervoor te zorgen dat ze alleen de actieve kankercellen maten. De onderzoekers vonden dat de metingen zeer consistent waren tussen de verschillende artsen, wat bevestigde dat de techniek betrouwbaar was.

Toen de gegevens werden geanalyseerd, kwamen er duidelijke verschillen naar voren tussen de drie groepen. De metastasen van longkanker vertoonden het hoogste chemische signaal van de amide proton transfer imaging, met een gemiddelde van bijna vijf procent. De metastasen van prostaatkanker zaten in het midden, terwijl de metastasen van borstkanker de laagste waarden lieten zien, met een gemiddelde van net boven de drie procent. Dit suggereerde dat longkankercellen in de wervelkolom meer mobiele eiwitten produceerden of een andere metabole omgeving hadden dan de andere twee typen. De metingen van de waterbeweging vertelden een iets ander verhaal. De prostaatkankergroep vertoonde de hoogste waarden voor waterdiffusie, wat betekent dat water vrijer door die tumoren bewoog vergeleken met de long- en borstkankergroepen. Interessant genoeg was de waterbeweging in de long- en borstkankergroepen vrij vergelijkbaar, waardoor het moeilijker was om hen met die enkele meting alleen van elkaar te onderscheiden.

Om te zien hoe goed deze cijfers de kankers daadwerkelijk van elkaar konden onderscheiden, gebruikten de onderzoekers een statistische methode om hun nauwkeurigheid te testen. Bij het proberen te onderscheiden van longkanker van prostaatkanker, was het gebruik van het chemische signaal alleen nuttig, maar het combineren ervan met de waterbewegingsgegevens verbeterde de nauwkeurigheid aanzienlijk. De gecombineerde aanpak was zelfs effectiever bij het scheiden van prostaatkanker van borstkanker. Echter, wanneer het ging om het onderscheiden van longkanker van borstkanker, was het chemische signaal op zichzelf al zo krachtig dat het toevoegen van de watermeting niet veel extra waarde bood. De studie concludeerde dat hoewel geen van beide technieken perfect is op zichzelf voor elke vergelijking, het gezamenlijk gebruiken ervan een krachtige, niet-invasieve manier biedt om de oorsprong van spinale metastasen te voorspellen. Deze aanpak biedt een nieuwe laag aan informatie die artsen kan helpen om behandelplannen sneller en veiliger af te stemmen, wat potentieel de noodzaak voor risicovolle biopsieën in moeilijke gevallen vermindert.