Görüntüleme Glioma Metabolizması | Springer Nature'a Göre Araştırma Toplulukları

Onkolojideki zorluk ilacı hastayla eşleştirmektir. Bir tümörün tedaviye farklı tepki verecek birkaç farklı alt tipi olabilir. Tedavi seçimine bir yaklaşım, tümörün genomik peyzajını incelemek için tümör veya sıvı biyopsileri kullanmaktır, bu da hangi ilaç veya tedavinin en etkili olabileceğini gösterebilir. Tamamlayıcı bir yaklaşım, spesifik tümör fenotipini belirlemektir. Örneğin, glioblastom dahil olmak üzere çeşitli tümör tiplerindeki çalışmalar, oksidatif bir alt tipin tedaviye daha duyarlı olduğu metabolik alt tipleri tanımlamıştır.¹. Hiperpolarize ile görüntüleme metabolizması için MRI teknikleri geliştiriyoruz ¹³C-etiketli ve ²H-etiketli substratlar ve bunları hem belirli bir tümör içinde bulunan metabolik alt tipleri tespit etmek hem de potansiyel terapötik güvenlik açıklarını tahmin etmek ve daha sonra bu tedaviye çok erken tepkilerini tespit etmek için kullanmıştır.

Hiperpolarize ile klinik öncesi MRI çalışmaları ¹³C-etiketli piruvat ve ²H-etiketli glikoz, farelerde ve sıçanlarda ortotopik olarak implante edilen glioblastom ksenograftlarında glikolitik ve oksidatif alt tipleri tespit edebileceğimizi gösterdi.^2,3. Hiperpolarizasyon, kliniğe tercüme edilen ve hassasiyetini artırabilen bir tekniktir. ¹³C MRI deneyi 10.000 kattan fazla^4,5. Bu, hiperpolarize enjeksiyonunu takiben [1-¹³C]Piruvat Vücuttaki yerini ve daha da önemlisi, glikolitik aktivite indeksi sağlayan laktata dönüşümünü görüntülemek için yeterli duyarlılığa sahibiz. Bu durumuda [6,6-²H₂]glikoz, hızlı sinyal ortalaması ²H MRI deneyi, etiketli glikozdan etiketli laktat ve glutamat/glutamin (GLX) üretimini görüntülemek için yeterli duyarlılık sağlar. Etiketli laktat üretim oranı, glikolitik akı ölçüsü sağlar ve etiketli GLX üretimi TCA döngüsüne bir akı ölçüsü sağlar. Bu MRI tekniği de kliniğe tercüme edildi⁶. Transkriptomik bir analiz kullanan başkalarının önceki çalışmaları, bu metabolik alt tiplerin bireysel bir hastanın tümörü içinde birlikte var olabileceğini gösterdi.¹. Ayrıca, başkalarının çalışmalarından beklendiği gibi, oksidatif alt tipin her ikisi de in vitro hücre olarak radyoterapiye daha duyarlı olduğunu göstermiştik.² Ve in vivo bir tümör olarak⁷. Hiperpolarize olan glioblastom hastalarında bir pilot çalışma ¹³C-etiketli piruvat, bazı hasta tümörlerinin daha glikolitik ve diğerlerinin daha oksidatif olduğunu, transkriptomik analizlerle tutarlı olduğunu gösterdi.⁸.

Bu çalışmada, glioblastom hastalarının tümörlerinde glikolitik ve oksidatif metabolik alt tiplerin varlığı için kanıt aradık. ¹³Cerrahiden hemen önce C-etiketli glikoz ve daha sonra eksize edilmiş tümörün hızla dondurulması ve tümör kesitlerinin kütle spektrometri görüntülemesine tabi tutulması. Bu, ~ 60 μm çözünürlükte, sayısız metabolit konsantrasyonları ve bunların derecesi ¹³C-etiketleme. Bu bölümlerdeki ATP ve fosfokreatin konsantrasyonlarının korunması, donma protokolünün metabolizmayı tutuklamada çok etkili olduğunu ve dolayısıyla derecesinin derecesi ¹³C-etiketleme bir metabolik akı ölçüsü sağlamıştır. ¹³Piruvat ve laktatta C-etiketleme, glikolitik aktiviteyi ve TCA döngüsü ara maddelerinin (fumarat, süksinat, malat) mitokondriyal oksidatif aktivitenin etiketlenmesini değerlendirmek için kullanıldı. Glutamat ve glutaminin etiketlenmesi, TCA döngüsü aktivitesinin dolaylı bir ölçüsünü sağlamıştır. Görüntüler üç bölgeye ayrılabilir; Piruvat ve laktatın (bir glikolitik alt tipi temsil eden) yüksek etiketlemesini gösteren bölgeler, TCA döngüsü ara maddelerinin ve GLX'in (oksidatif alt tip) yüksek etiketlenmesini gösteren bölgeler ve hem laktat/piruvat hem de TCA döngüsü ara maddeleri/GLX'in (Şekil 1) düşük etiketlenmesini gösteren bölgeler. Bitişik bölümlerin uzamsal transkriptomik analizi, glikolitik bölgeler yüksek glikolitik enzimlerin ekspresyonunu ve mitokondriyal bileşenlerin yüksek ekspresyonunu gösteren iyi bir uyum gösterdi. Bu metabolik alt tiplerin işgal ettiği alanlar, potansiyel olarak tespit edilebilecekleri yeterince büyüktü. ¹³C hiperpolarize olan MRI ¹³C-etiketli piruvat ve ²H MRI ile ²H-etiketli glikoz.

Şekil 1. Kütle spektrometri görüntülerinin laktat ve glutamat etiketlemesine göre segmentasyonu üç farklı bölge göstermiştir. Laktat ve piruvatın nispeten yüksek etiketlenmesi olan bir glikolitik bölge, oksidatif bir bölge, TCA döngüsü ara maddelerinin yüksek etiketlenmesi ve tüm bu metabolitlerin düşük etiketlenmesine sahip bir bölge. Bu bölgeler uzamsal olarak genişti (1 cm ölçekli çubuğa dikkat edin) ve farklı kenar boşluklarıyla birbirine atılıyordu. Bireysel hasta tümörleri bu metabolik alt tiplerin farklı oranlarını gösterdi.

Dikkat çekici bir bulgu, bu metabolik alt tiplerin farklı bölgelerde varlığının, bitişik bölümlerin immünohistokimyasal ve mekansal transkriptomik analizimi değerlendirdiği gibi, tümör mikro ortamından (vaskülarizasyon, hipoksi durumu, bağışıklık hücresi infiltrasyonu) bağımsız olduğu görülmüştür. Bu metabolik alt tiplerin, izole edilmiş tümör hücreleri nörosfer olarak büyütüldüğünde ve hücreler ortotopik tümörler oluşturmak için sıçan beynine implante edildiğinde in vitro olarak korunduğuna dair bir bulgu. Bu metabolik alt tiplerin, MRG bazlı metabolik görüntüleme teknikleri kullanan hastalarda potansiyel olarak görüntülenebilen ve daha sonra sonraki tedaviye rehberlik etmek için kullanılabilecek güçlü hücre-intrinsik metabolik fenotipler olduğu görülmektedir.

Referanslar

1 Garofano, L. ve ark. Glioblastomun yol bazlı sınıflandırılması, terapötik güvenlik açıkları ile mitokondriyal bir alt tipi ortaya çıkarır. Nat kanseri 2141-156, doi: 10.1038/s43018-020-00159-4 (2021).

2 Mair, R. ve ark. Metabolik görüntüleme, glioblastomun hasta kaynaklı ksenograft modellerinde C-Myc ekspresyon seviyelerine göre değişen düşük seviyelerde glikolitik aktivite tespit eder. Kanser Res 785408-5418, doi: 10.1158/0008-5472.can-18-0759 (2018).

3 Low, JCM ve ark. Deuterium metabolik görüntüleme, glioblastom metabolik alt tiplerini farklılaştırır ve kemoradyoterapiye erken yanıtı tespit eder. Kanser araştırmasıdoi: 10.1158/0008-5472.CAN-23-2552 (2024).

4 Ardenkjær-Larsen, JH ve ark. & GT; Sıvı durum NMR'de 10.000 kez. Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri 10010158-10163, doi: doi: 10.1073/pnas.1733835100 (2003).

5 Nelson, SJ ve ark. Hiperpolarize kullanarak prostat kanseri olan hastaların metabolik görüntülemesi [1-¹³C]piruvat. SCI Transl Med 5198ra108, doi: 10.1126/scitranslmed.3006070 (2013).

6 De Feyter, HM ve ark. İn vivo metabolizmanın MRI bazlı 3D haritası için deuterium metabolik görüntüleme (DMI). Sci Adv 4EAAT7314, doi: 10.1126/sciadv.aat7314 (2018).

7 Hesse, F. ve ark. Fumarat metabolizmasının 2H manyetik rezonans spektroskopisi ölçümleri kullanılarak radyoterapiye glioblastom yanıtı görüntüleme. Kanser Res 823622-3633, doi: 10.1158/0008-5472.CAN-22-0101 (2022).

8 Zaccagna, F. ve ark. Hiperpolarize kullanarak glioblastom metabolizması görüntüleme [1-(13)C]Piruvat, laktat etiketlemesinde heterojenliği gösterir: İlke çalışmasının kanıtı. Radiol görüntüleme kanseri 4E210076, doi: 10.1148/rycan.210076 (2022).