Une tumeur à croissance rapide ne peut pas fournir d’oxygène à toutes ses régions. Cependant, les régions tumorales privées d’oxygène qui en résultent sont difficiles à traiter par radiothérapie, une technique qui repose sur les radicaux libres produits en présence d’oxygène pour endommager l’ADN des cellules cancéreuses.
Les cliniciens ont abordé ce problème avec une variété d’approches – des radiosensibilisateurs qui améliorent les effets de la radiothérapie dans les tumeurs hypoxiques aux techniques comme la protonthérapie qui délivrent des doses de rayonnement élevées. Pourtant, les chercheurs veulent être en mesure d’identifier les tumeurs privées d’oxygène afin que les traitements puissent être ajustés pour cibler plus efficacement ces tumeurs. Mais les techniques actuelles pour mesurer les niveaux d’oxygène dans les tumeurs sont invasives, fournissent des informations spatiales limitées ou nécessitent des radiopharmaceutiques qui ne peuvent pas encore être obtenus dans de nombreux contextes cliniques.
Dans une étape importante pour l’imagerie non invasive de l’hypoxie et les futures études de radiothérapie adaptative guidée par la biologie, les chercheurs ont intégré une technique pour mesurer l’oxygénation tumorale avec un MR-linac, un scanner IRM hybride et un système d’administration de radiothérapie.
Michael Dubec, scientifique principal en imagerie par résonance magnétique au Christie NHS Foundation Trust et physicien chercheur en IRM à l’Université de Manchester, est le premier auteur de l’étude, qui a été publiée dans Radiotherapy and Oncology.
“Dans ce travail, nous avons étudié le changement du taux de relaxation longitudinale (R1) dans les tumeurs induites par une respiration à 100 % d’oxygène gazeux”, explique Dubec. “Sur la base de travaux de validation antérieurs contre l’immunohistochimie, nous pouvons dire que la technique ΔR1 peut être utilisée pour identifier les régions tumorales associées à de faibles niveaux d’oxygène.”
Au cours d’une imagerie par résonance magnétique assistée par oxygène (OE-MRI), les patients respirent de l’oxygène pur, qui se lie initialement à l’hémoglobine, maximisant la saturation en oxygène du sang. Tout oxygène supplémentaire se dissout ensuite dans le plasma sanguin et les tissus, augmentant la concentration de molécules d’oxygène et conduisant à une récupération plus rapide de la magnétisation nette longitudinale et à un taux de relaxation longitudinal plus élevé (R1).
Les chercheurs ont testé la technique d’imagerie de l’hypoxie à l’aide d’un scanner IRM diagnostique, chez des participants en bonne santé, puis chez des participants atteints de cancers de la tête et du cou. Ils ont également effectué des études fantômes. Ils ont créé des images montrant le changement de R1 dans toute la tête et le cou, et ont utilisé des analyses de région d’intérêt pour mesurer l’ampleur de ce changement dans les tumeurs.
Dubec et ses collègues ont répété l’étude sur un système MR-linac. Ils concluent que les méthodes OE-MRI sont répétables et reproductibles sur les systèmes MR-linac et fournissent des “données de qualité équivalentes” à celles acquises sur les scanners MR diagnostiques.
“L’IRM enrichie en oxygène offre une technique pratique et facilement traduisible pour évaluer l’oxygénation dans les tissus normaux et les tumeurs dont nous avons, pour la première fois, montré qu’elle peut être incorporée dans des systèmes de radiothérapie guidée par IRM sans aucun problème signalé par des volontaires sains et des patients”, dit Dubec.
Bien que les chercheurs aient utilisé une séquence d’imagerie RM qui acquiert rapidement des volumes d’images 3D, ils notent que leur protocole est encore trop long pour s’intégrer dans un flux de travail standard de linac MR. Des travaux supplémentaires incorporeront une séquence de perfusion pour identifier les régions nécrotiques et évalueront la reproductibilité des méthodes et des résultats dans toutes les cliniques. Dubec dit que les travaux de validation devraient également lier directement les changements de la valeur R1 aux changements de la concentration absolue en oxygène, puis aux niveaux d’oxygène spécifiques dans les tumeurs.
“Essentiellement, nous visons à développer et à traduire la technique OE-MRI afin qu’elle puisse être utilisée à l’avenir pour des essais cliniques adaptatifs basés sur la radiothérapie dans les hôpitaux”, a déclaré Dubec. “Il est important que davantage d’institutions étudient et collaborent sur les techniques OE-MRI afin que nous puissions accumuler davantage de preuves des limites et des avantages de cette technique et évaluer son utilité dans différents types de tumeurs.”
