Съвременното лъчелечение (СЛЛ) през XXI век се развива в няколко насоки. Технологичният напредък в образната диагностика заедно с въвеждането на високотехнологичното лъчелечение оформиха новите направления радиомика и терагностика. Развитието на радиобиологията, заедно с откритията на молекулярната биология в онкологията създадоха нов клон на радиобиологичния подход в лъчелечението, наречен радиогеномика.
Радиомика /терагностика/ в лъчелечението
Терагностиката на образите в ЛЛ цели да визуализира 3-измерно тумора с функционалната му фенотипна характеристика, да даде информация за туморната микросреда, както и за нормалните тъкани около него с пряко влияние върху вида на лъчелечението. Данните са от СПЕКТ/СТ и позитронно емисионна томография с компютър-томография – ПЕТ/КТ. Подобна функция имат магнитно-резонансната томография /МРТ/ и МРТ спектроскопията. Радиомиката в областта на КТ и МРТ изучава количествените и качествените характеристики на образите, събрани през целия онкологичен път на пациента. Тя екстрахира и анализира огромно количество морфологични образи по време на диагностиката, лечението и проследяването на пациента чрез КТ, МРТ и ПЕТ/КТ. Рационалността и перспективността на метода се определят от огромния брой образи, получавани в хода на стандартна диагностика, лечение и проследяване. Важно е, че те изобразяват целия тумор, а не само негова част (както при геномен анализ), както и туморната строма. При диагноза и определяне на план за индивидуализирано лечение, поради изобразяване на вътретуморната хетерогенност, може да се насочи към мястото на биопсията за диагноза и оценка на лечението. Счита се, че е настъпило време, когато радиомиката следва да излезе от сферата на бутиковите изследвания и да премине в транслационна технология. Известни дружества като American College of Radiology, RSNA, The Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, International Society of Magnetic Resonance in Medicine и World Molecular Imaging Society продължават да включват в ръководствата си насоки за обработване на количествени образи.
Върху голям ретроспективен КТ материал върху недребноклетъчен карцином на белия дроб /НДКБД/ са селектирани 635 радиомни параметри, описващи туморни фенотипни разлики /неправилна форма, инфилтрация, хетерогенност, некрози и др.). Установено е, че от тях 35 радиомни сигнатури имат прогностичен характер за далечни метастази, а 12 радиомни сигнатури – за преживяемост. Изследванията са върху пациенти, провели дефинитивно ЛЛ, като едновременно лъчехимиолечение (ЛХЛ), индукционна химиотерапия (ХТ) и/или адювантна ХТ. Целта е да се разработят модели – диагностични, предиктивни и прогностични, които да се използват при лечението на НДКБД. За съжаление все още тези образни сигнатури не са валидирани.
По-близко до практиката е радиомиката в областта на карцинома на простатата, базирана върху данни от МРТ, МРТ с дифузия и ПЕТ/КТ с С11 холин и 68Ga PSMA. Мултипараметричните МРТ-изследвания на простатната жлеза позволяват не само диференциране на туморната тъкан в жлезата, но и характеризиране на отделните зони на хетерогенност на тумора на базата на съвкупност от количествени белези. Последните проучвания показват, че класификатори, базирани на радиомика, могат да увеличат допълнително точността и възпроизводимостта при планиране на ЛЛ при пациенти с простатен карцином. Транслиране на образите, получени с помощта на МРТ, върху планиращите КТ образи, би позволило по-прецизно или локално очертаване на мишенните обеми при различните режими на фракциониране на ЛЛ. Крайната цел на модела е възможност за облъчване на области в простатата с висока канцерицидна доза, докато в останалата част се постига намаляване на дозата до 43%.
В областта на ПЕТ/КТ метода големи надежди се възлагат на новия маркер PSMA, белязан с 68Ga. Все още обаче няма достатъчно данни за чувствителност и специфичност на метода. Установена е обаче висока значимост на позитивната предсказваща стойност /Positive predictive value – PPV/. Публикация на Bluemel et al. от Германия върху 45 болни изследва възможността на ПЕТ/КТ да визуализира морфологичен или да намери източника на биохимичен рецидив при повишен ПСА след простатектомия. Установява се натрупване в 24/45 от пациентите. При 62,5% е намерен източникът на биохимичния рецидив. Това променя вида на лечението при 19/45 (42,2%), при които е извършена радиохирургия /РХ/ на метастазите. При установяване на морфологичния рецидив зоната допълнително се свръхдозира до 66 Gy.
Радиомни констелации чрез 18F fluoro-2-deoxy-D-glucose (FDG) ПЕТ/КТ се търсят при тумори на главата и шията. Все още проучванията са върху малък брой болни, но прилагането на параметри като SUV, обемът на метаболитно визуализиращия се тумор – MTV, глюколизата в целия обем (TLG) могат да се използват за анализ на ефекта от лъчехимиолечение като туморен контрол (p=0.025) и обща преживяемост (р=о.ооз).
Големи надежди се възлагат на функционалните маркери за туморна хипоксия, един от големите нерешени проблеми на ЛЛ. Множество проучвания преди 30 години се опитаха да докажат ефекта на радиосенсибилизатора на хипоксичните клетки мизонидазол в големите тумори на главата и шията. За съжаление и той, и подобни съединения се оказаха токсични и не намериха приложение в практиката. Тези познания преминаха в опити за визуализация на тумора и неговата хипоксия чрез радиофармацевтици. F-MISO PET се оказа метод за изобразяване на туморната хипоксия. Съществуват центрове, специализирани върху подобни изследвания.
Проучването DAHANCA 5 показа, че добавянето на Ниморазол – сенсибилизатор на хипоксичните клетки, подобрява преживяемостта на пациентите с тумори на главата и шията. Този метод е влязъл в стандарта за лечение на авансиралия карцином на главата и шията в Дания. Проблемът е в идентификацията на пациенти с тези тумори. Открит е т.нар. генен хипоксичен профил – сигнатура, състояща се от 15 отговорни за хипоксията гени, определени в туморни биопсии. Този профил е валидиран върху кохорта от 514 независимо избрани пациенти, изследвани в предишни DAHANCA 5, 18, 24 проучвания. Така е установено, че при болни, които нямат този генетичен профил, прилагането на Ниморазол към ЛЛ няма полза. В ход е проучване DAHANCA 30, което цели да верифицира липсата на ефект на Ниморазол при пациент с по-ниска степен на туморна хипоксия и да се изключи добавянето на препарата, за да се намалят страничните му ефекти. Паралелно с това в ход е съвместно проучване DAHANCA и EORTC от 2014 г., което цели да валидира 15-генната хипоксична сигнатура при HPV/p16 негативни пациенти.
Радиогеномика в лъчелечението. Молекулярни предиктивни маркери
Терминът радиогеномика се използва за определяне на геномни сигнатури, имащи отношение към лъчечувствителността на туморите и нормалните тъкани. Тя представлява цялостен геномен анализ за определяне на генетичните причини в разликите в лъчечувствителността на тумора и здравите тъкани. За съжаление съществува огромно количество база данни, но ние ще изберем само някои онкологични нозологии, при които има „светлина в тунела“.
Разширяването на терапевтичния интервал е основно правило в доктрината на ЛЛ. Откриването на радиогеномни констелации, които могат да откроят индивидуалния по-агресивен тумор, нуждаещ се от по-високи канцерицидни дози, и по-лъчечувствителните нормални тъкани, които не могат да понесат тези дози, е дълготрайна мечта на радиобиолозите и клиницистите лъчетерапевти.
Радиогеномни констелации относно туморната лъчерезистентност/лъчечувствителност
Като примери ще посочим множеството изследвания в областта на карцинома на белия дроб и простатата – най-социалнозначимите онкологични заболявания при мъжа.
От практиката на лъчетерапевтите е известно, че НДБК проявява широк спектър от терапевтични отговори на ЛЛ. При някои пациенти се получава отличен ефект на ЛЛ, с дълготраен локален туморен контрол /ЛТК/, докато при други туморът рецидивира, дори след високи дози. Проведени са широк спектър проучвания на генетични и епигенетични алтерации, включващи мутации в последователността на ДНК, промени в ДНК копията, промени в микроРНК (miRNA), в протеиновата експресия, както и промени в туморната микросреда /ангиогенеза/, разкриващи потенциални детерминанти и сигнални пътища за прогресия и туморогенеза на белодробния карцином. Една от посоките на проучванията показва, че туморната експресия на ERCC1, важен фактор в репарационната система на ДНК, е предиктор на преживяемоста при пациенти, лекувани с комбинация платина и ЛЛ. Установена е повишена лъчечувствителност на НДБК, свързана с промяна на мутантния EGFR, което затруднява взаимодействието на DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) – ключов фактор при възстановяването на двойно верижните разкъсвания, причинени от ЛЛ. Така клетъчните линии от НДБК, носещи мутирал домейн на ТК в EGFR, са няколко пъти по-лъчечувствителни в сравнение с туморите, носещи дивия тип EGFR. Перспективите са в прилагане на ЛЛ, комбинирано с инхибитори на VGF и EGF рецепторите, за повишаване антитуморния ефект чрез добавяне на erlotinib. За съжаление това е свързано с увеличаване на лъчевите реакции на хранопровода, поради което се предвижда да се прилага erlotinib като индукционна терапия, а не заедно с ЛЛ.
При простатния карцином бе установено, че тумори с идентичен Глисон скор /GS/ могат да имат различна генетична хетерогенност в една простатна жлеза. Не е ясно дали фокусите, които рецидивират, са свързани с радиорезистентност или притежават летален метастатичен клон.
Weber et al, въз основа на ИХХ изследвания установяват, че HIF-1a, VEGF and OPN след хирургия и HIF-1a and VEGF след ЛЛ са по-добри предиктори на биохимичен рецидив от класическите – GS, PSA и радиационната доза. Milochevic провежда изследване на парциалното налягане на кислорода, като поставя трансректално в тумора електроди за неговото измерване преди лечение. Проучването е върху 247 болни. Той практически доказва известната в радиобиологията зависимост между тумори с висока степен на хипоксия и ранни рецидиви на втората година. Това изисква прилагане на по-високи от обичайните дози ЛЛ за постигане на туморен контрол. Селекционирането на такива пациенти е всъщност истинският проблем. За съжаление проучване в Мичиганския университет, използвайки PET-fluoroazomycin arabinoside analogue (FAZA/ като маркер за хипоксия, не показва, че натрупването на радиофармацевтика FAZA има полза за прогнозата. Все още няма категорични доказателства, че използването на сенсибилизатори на хипоксичните клетки би имало полза за контрол на простатния карцином. В същото направление са и проучванията при плоскоклетъчните тумори на главата и шията.
Анроген потискащата терапия подобрява оксигенацията на хипоксичните клетки, което е един от механизмите за обяснение защо хормоналната блокада се прилага преди ЛЛ до постигане на ниски стойности на РSA до 0,01нг/мл. Следва да се установи дали още след диагностична биопсия (а не ретроспективно след простатектомия) извършването на генетичен анализ на ДНК, РНК месинджър, микроРНК /miR/ с оценка на туморна хипоксия ще селектира болни за индивидуализирано лечение.
Основни усилия са положени за намиране на прогностични генно- експресионни MiR сигнатури, разграничаващи нискорисковите простатни карциноми, при които се прилага брахитерапия, вместо перкутанно лъчелечение. Обсъжда се също подход за разграничаване на пациенти, които подлежат на активно наблюдение от лечение. Върху материал от 413 простатектомии е селектирана 31 mRNA- сигнатура, предсказваща, че туморът има склонност към прогресиране /cell-cycle progression – CCP genes/. Установени са предиктивни стойности за биохимичен рецидив след операция, както и след ЛЛ. Въз основа на тези проучвания е изработен комерсиално разпространяван генно експресионен тест ProlarisR /Myriad/. 22 мРНК генна сигнатура също е валидирана в други проучвания върху материал от 545 болни от клиниката Майо след простатектомия, проследявани 16.9 години. На тази база е създаден продуктът Decifer /GenomeDx/. Прогностична сигнатура, базирана на 32-гена, включваща гени от различни функционални семейства за транскрипционни фактори, гени на клетъчния цикъл, свързани с метаболитните процеси и с неизвестна функция формира индекс за непрекъснат риск e валидирана върху 270 болни върху оперативен материал. Авторите от Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, имат претенции да селекционират пациенти с висок риск в 45% от нискорисковите групи.
Всички проучвания имат своите недостатъци, основно поради липса на мултиинституционални проучвания, както и поради факта, че голямата част са направени върху материали не от биопсия, а след простатектомия.
Предиктивни биомаркери за лъчечувствителност на здравите тъкани около тумора – т.нар. органи под риск
Другата посока на научните дирения е установяване на предиктивни биомаркери за лъчечувствителност на здравите тъкани около тумора – т.нар. органи под риск /ОПР-ОER/. Основни модели са НДКБД, карцином на простата, на гърдата, на главата и шията и др. Новите възможности на високотехнологичното ЛЛ по тип телесна радиохирургия при ранния НДКБД, вместо операция, налага намиране на решение. Подобни техники си пробиват път в рутинната практика при телесна радиохирургия на простатния карцином, вместо оперативно лечение. Прилагането на схеми като еднократно 24-30 Gy или 5 фракции х 7 Gy е напълно възможно в съвремената радиохирургия. За да са поносими, се търсят маркери за определяне на индивидуалната лъчечувствителност на белия дроб, сърцето, пикочния мехур, ректум и други органи под риск за качество на живота на оздравели пациенти.
Голяма база данни е създадена за установяване на полиморфизъм на гени /основно XRCC1, XRCC2, XRCC3, XRCC4, XRCC5/, свързани с лъчевите реакции на здравите тъкани по механизъм на възпрепятстване на ДНК репарацията от лъчево въздействие.
Осемнадесет гена са свързани с лъчерезистентността на белия дроб, но само три са валидирани – MDM2, Livin α and TP54I3. Данните за НДКБД показват, че полиморфизъм на XRCC1 rs25487 (G > A) може да повлияе върху ЛЧ на нормалния бял дроб и спомага за развитие на втората степен радиационен пулмонит. Комбинация от съотношението над 1 на TGF-β и средната доза в белия дроб над 20 Gy категоризира болните в три рискови категории – без риск за пулмонит <5%; умерен риск 50%; висок риск 66%.. При 164 болни с НДБК са потърсени SNPs в TGF-β ген. Установено е, че CT/CC генотиповете rs1982073:T869C TGFβ1 алели имат нисък риск за радиационен пулмонит, независимо от дозиметричните ограничения за средна доза на обема на белия дроб, получаваща 20 Gy.
Всички тези изследвания са основно на предклинично ниво върху експериментални клетъчни линии in vitro с различни показатели, от които най-надеждна е връзката между EGFR и лъчечувствителност. Това обаче следва да бъде потвърдено първоначално в ретроспективни изследвания и, разбира се, в проспективни проучвания. Като пример, у нас също се трупат база данни, свързани с лъчечувствителността на нормалните тъкани. Е. Енчева и сътр. в дисертацията си за доктор по медицина изследва полиморфизъм на гени, свързани с лъчечувствителността на урогениталната и долните отдели на храносмилателната система при пациенти, провеждащи ЛЛ в областта на малкия таз.
Създадена е огромна база данни в областта на радиомиката и радиогеномиката, в помощ на лъчелечебната практика. Все още обаче данните са върху експериментален материал и ретроспективни проучвания при пациенти, провели лъчелечение или друг вид онкологично лечение. В ход са проспективни проучвания за определяне мястото на радиомиката при индивидуализирано планиране на лъчелечението. Очаква се завършването на проспективни проучвания за валидиране на геномни сигнатури като биологични маркери при оценка на лъчевия ефект върху тумори и нормални тъкани. Крайната, макар и далечна цел е индивидуализиране на лъчелечението чрез валидиране на критериите на радиомиката и радиогеномиката.
Сегашно състояние на проблема:
- 1. Радиомика;
- Радиомно-базираните протоколи /на КТ, МРТ и ПЕТ/КТ/ за лъчелечебно планиране при простатен карцином засега са експериментални и се препоръчват само в рамките на клинични проучвания;
- NCCN, ESTRO, IAEA и Swedish National Board of Health and Welfare препоръчват обсъждане на FDG ПЕТ/КТ за подпомагане при планиране на туморния обем при НДКБД и при карцином на главата и шията;
- 68Ga-PSMA ПET/КT може да бъде дискутиран като помощен метод при индивидуализиране на лъчелечението при простатен карцином.
- 2. Радиогеномика
- Засега не съществуват валидирани радиогеномни сигнатури, оценяващи фенотипeн лъчев отговор на тумор и нормални тъкани;
- Съществуват комерсиални пакети, базирани на мултигенни мРНК сигнатури за оценка на риска от рецидив и метастази при простатен карцином, прилагани в САЩ, които не са навлезли в стандартната европейска практика;
- Липсват доказателства за съчетание на клинична интерпретация, терапевтични прогнози и предсказване на лъчевата чувствителност на тумор или здрави тъкани около него. Създават се въпросници, които да уеднаквят показателите за фенотипна оценка.
