Hypoxyprobe--摄氧量和供氧量联合磁共振成像显示前列腺癌患者肿瘤缺氧和侵袭性

解析文章《Combined MR Imaging of Oxygen Consumption and Supply Reveals Tumor Hypoxia and Aggressiveness in Prostate Cancer Patients》

作者：

Tord Hompland¹, Knut Hakon Hole², Harald Bull Ragnum^1,3, Eva-Katrine Aarnes¹, Ljiljana Vlatkovic⁴, A. Kathrine Lie⁴, Sebastian Patzke¹, Bj?rn Brennhovd⁵,Therese Seierstad², and Heidi Lyng¹

链接：

https://aacrjournals.org/cancerres/article/78/16/4774/631694/Combined-MR-Imaging-of-Oxygen-Consumption-and

一、背景

在前列腺癌的治疗中，缺氧（hypoxia）是一个重要的生物学现象。缺氧与肿瘤的侵袭性、转移潜能以及对治疗的抵抗性密切相关。传统的缺氧评估方法，如氧电极和活检衍生技术，受到肿瘤多灶性和异质性的限制，难以全面反映肿瘤的缺氧状态。因此，开发一种能够全面、准确地评估肿瘤缺氧状态的方法，对于指导前列腺癌的治疗决策具有重要意义。

二、方法

本研究提出了一种新的成像策略——基于氧气消耗和供应的缺氧成像（Consumption and Supply-based Hypoxia Imaging, CSH Imaging）。该方法通过整合与氧气消耗和供应相关的图像信息，生成单一的缺氧图像，从而间接测量肿瘤的缺氧状态。

2.1 实验设计

实验设计包括以下几个关键步骤：

患者纳入与分组：研究纳入了114名接受根治性前列腺切除术的患者，根据术前是否接受静脉注射或口服缺氧标记物哌莫硝唑（pimonidazole）分为两组。

术前检查：所有患者均接受术前多参数磁共振成像（MRI），包括形态学序列、T1加权和T2加权序列，以及功能序列，如扩散加权成像（DWI）和动态对比增强MRI（DCE-MRI）。

手术与病理分析：手术标本根据标准化协议进行处理，通过全载玻片切片进行组织学分析，确定肿瘤大小、病理分期和分级。

MRI数据分析：利用简化的体素内不相干运动（IVIM）模型分析DWI图像，生成表观扩散系数（ADC）和分数血容量（fBV）图像。

哌莫硝唑染色与分析：对手术标本进行哌莫硝唑免疫组织化学染色，评估缺氧状态，并与MRI图像进行匹配比较。

2.2 哌莫硝唑的作用与价值

产品链接：

http://site.hypoxyprobe.com/knowledge-center-articles/MSDS_HP_2_24.pdf

哌莫硝唑（Pimonidazole Hydrochloride）是一种2-硝基咪唑类化合物，能够在缺氧条件下被细胞内的硝基还原酶还原，与细胞内的大分子（如蛋白质、DNA和RNA）共价结合，从而在缺氧区域形成稳定的加合物。这种加合物可以被特异性抗体识别，并通过免疫组织化学方法进行检测。

在本研究中，哌莫硝唑作为缺氧标记物，在术前通过静脉注射或口服给予患者。手术切除的标本经过哌莫硝唑免疫组织化学染色后，可以直观地显示肿瘤内的缺氧区域。通过与MRI图像的比较，可以验证CSH成像技术的准确性和可靠性。

哌莫硝唑的优势在于其能够特异性地标记缺氧细胞，而不受细胞类型或组织类型的影响。此外，哌莫硝唑染色结果稳定，易于保存和分析，为缺氧研究提供了有力的工具。

三、实验

3.1 数据处理与分析

ADC与fBV图像生成：利用IVIM模型分析DWI图像，生成ADC和fBV图像。ADC图像反映了细胞密度（CD），与氧气消耗相关；fBV图像反映了血管密度（BVD），与氧气供应相关。

缺氧分数计算：通过像素级绘制ADC与fBV的散点图，确定区分缺氧和非缺氧区域的判别线。缺氧分数（HF DWI）定义为低于判别线的像素比例。

统计分析与验证：通过Pearson相关分析和受试者工作特征（ROC）曲线分析，验证CSH成像技术与哌莫硝唑染色结果的一致性。同时，在独立队列中验证CSH成像技术的鲁棒性。

3.2 实验结果与讨论

实验结果显示，CSH成像技术能够准确反映前列腺癌的缺氧状态，并与哌莫硝唑染色结果高度一致。具体来说：

缺氧分数与临床病理参数的相关性：HF DWI与哌莫硝唑免疫评分（HS Pimo）呈显著正相关，且与肿瘤分期、淋巴结状态等临床病理参数密切相关。这表明CSH成像技术能够有效识别具有侵袭性的缺氧肿瘤。

技术的鲁棒性与可转移性：在独立队列中的验证结果显示，CSH成像技术同样表现出色，且与哌莫硝唑染色结果一致。此外，该技术还可以直接应用于组织学CD和BVD图像，表明其具有良好的可转移性。

技术的临床应用前景：CSH成像技术易于实施且成本低廉，有望成为前列腺癌治疗决策中的重要工具。通过可视化肿瘤内的缺氧区域，该技术有助于制定个性化的治疗方案，提高治疗效果并减少不必要的过度治疗。

四、结论

本研究成功开发了一种基于氧气消耗和供应的缺氧成像技术（CSH Imaging），并通过与哌莫硝唑染色结果的比较验证了其准确性和可靠性。CSH成像技术能够全面、准确地评估前列腺癌的缺氧状态，并与多种临床病理参数密切相关。该技术有望成为前列腺癌治疗决策中的重要工具，指导个性化治疗方案的制定和实施。同时，该技术的可转移性也为其在其他癌症类型中的应用提供了可能。

五、展望

未来研究可以进一步探索CSH成像技术在其他癌症类型中的应用，并评估其在指导放疗剂量调整、预测治疗反应等方面的潜力。此外，随着技术的不断发展和完善，CSH成像技术有望在癌症的早期诊断、分期以及预后评估中发挥更大的作用。