Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Klinische factoren die van invloed zijn op de stralingsdosis van circulerende immuuncellen tijdens radiotherapie voor kleincellige longkanker

780 weergaven

⸱

DOI:

10.3791/67243

⸱

9 augustus 2024

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Hier presenteren we een protocol om de effecten van bestralingstherapie op lymfocyten van het immuunsysteem bij kleincellige longkanker te evalueren.

Samenvatting

Kleincellige longkanker (SCLC) heeft veel aandacht gekregen vanwege de hoge maligniteit, de neiging tot metastase op afstand en de slechte prognose. Radiotherapie blijft de hoeksteen van de behandeling van kleincellige longkanker in een beperkt stadium (LS-SCLC). De resultaten met radiotherapie alleen of in combinatie met chemotherapie blijven echter suboptimaal. Radiotherapie kan lymfopenie induceren door hematopoëtische organen direct te bestralen of rijpe circulerende lymfocyten te vernietigen, wat leidt tot immunosuppressie en bijgevolg verminderde therapeutische werkzaamheid. Het model voor geschatte stralingsdosis voor immuuncellen (EDRIC) integreert factoren zoals hemodynamica, stralingsgevoeligheid van lymfocyten en proliferatiecapaciteit. Deze studie maakt gebruik van het EDRIC-model met verbeteringen om de stralingsdosis van circulerende immuuncellen te berekenen. Door gebruik te maken van de EDRIC-methodologie onderzoekt de studie de correlatie tussen EDRIC en tumordoelgrootte, gemiddelde longdosis, gemiddelde hartdosis, klinische kenmerken en perifere bloedlymfocytopenie tijdens radiotherapie voor LS-SCLC, met als doel gepersonaliseerde behandelingsstrategieën voor patiënten te informeren.

Deze studie analyseerde gegevens van 64 LS-SCLC-patiënten die van januari 2023 tot januari 2024 voldeden aan de inclusiecriteria in het General Hospital van Ningxia Medical University, die allemaal radicale thoracale conventionele gefractioneerde radiotherapie kregen. Het aantal lymfocyten werd geregistreerd op de volgende punten: vóór de radiotherapie, op de laagste waargenomen waarde tijdens de radiotherapie, aan het einde van de radiotherapie en een maand na de radiotherapie. Dosimetrische gegevens, waaronder gemiddelde long-, hart- en lichaamsdoses, werden geëxtraheerd uit het behandelingsplanningssysteem en de circulerende EDRIC werd berekend met behulp van dit model. De relatie tussen EDRIC-waarden en therapeutische resultaten werd geanalyseerd. In LS-SCLC voorspelt het EDRIC-model effectief de vermindering van het aantal lymfocyten, waarbij het correleert met het planningsdoelvolume (PTV; cm3), het TNM-stadium en het percentage krimp van de doellaesie. Na radiotherapie was er een significante afname van het aantal lymfocyten in perifeer bloed, waarbij hogere EDRIC-waarden duidden op een meer uitgesproken vermindering van lymfocyten.

Inleiding

Longkanker blijft wereldwijd een belangrijke oorzaak van morbiditeit en mortaliteit, waarbij kleincellige longkanker (SCLC) 13%-17% van de gevallen uitmaakt 1,2. SCLC wordt gekenmerkt door een hoge mate van maligniteit en een neiging tot vroege metastase op afstand, wat vaak leidt tot diagnose in een laat stadium en slechte prognose. Vooruitgang in de medische technologie en een beter begrip van de biologische kenmerken van SCLC hebben de potentiële waarde van radiotherapie bij de behandeling ervan benadrukt. Desalniettemin blijven de resultaten met radiotherapie alleen of in combinatie met chemotherapie suboptimaal. Het identificeren van sleutelfactoren die van invloed zijn op de werkzaamheid van radiotherapie bij SCLC is essentieel om een theoretische basis te bieden voor geïndividualiseerde behandelingsstrategieën en prognosevoorspelling.

Het immuunsysteem vertoont ingewikkelde interacties met bestraling of chemotherapie, waardoor de uitroeiing van tumorcellen tijdens de behandeling wordt bevorderd 3,4. Bestralingstherapie kan bijvoorbeeld immuunactivering bevorderen via de afgifte van cytokines of antigeen, waardoor tumorregressie binnen het stralingsveld wordt geïnduceerd (bekend als het abscopale effect)5. Radiotherapie kan echter ook immunosuppressie induceren bij de behandeling van verschillende solide tumoren, waardoor de therapeutische werkzaamheid in het gedrang kan komen. Deze immunosuppressie kan het gevolg zijn van myelosuppressie als gevolg van directe bestraling van hematopoëtische organen of de vernietiging van rijpe circulerende lymfocyten, resulterend in verminderde lymfocyten. Studies hebben specifieke tumorgrootte en stralingsdoses voor kritieke organen zoals het hart en de longen bij kleincellige longkanker vastgesteld als cruciale voorspellers van immunosuppressie, met mogelijke implicaties voor de overleving van de patiënt6.

Lymfocyten en hun voorlopercellen behoren tot de meest stralingsgevoelige celtypen7. Susannah Yovino's8 onderzoek naar de stralingsdosis van circulerende cellen (DCC) bij patiënten met hersenglioom na radiotherapie onthulde dat veranderingen in de grootte van het planningsdoelvolume (PTV) de gemiddelde DCC-stralingsdosis beïnvloeden. De stralingsdosis voor circulerende bloedcellen kan aanzienlijk bijdragen aan het mechanisme van geïnduceerde lymfocytopenie. Hoewel bestraling van beenmerg of lymfeklieren lymfocytopenie kan veroorzaken, kan bestraling van structuren zonder lymfoïde weefsel of beenmerg, zoals de hersenen, ook lymfocytopenie veroorzaken. Jin et al.9ontwikkelden het model en de dosimetrie van de geschatte stralingsdosis voor immuuncellen (EDRIC) om door radiotherapie geïnduceerde schade aan het immuunsysteem te kwantificeren. Deze studie maakt gebruik van het EDRIC-model met verbeteringen van Ladbury et al.6 om de circulerende stralingsdosis van immuuncellen te berekenen.

Bijgevolg werd de EDRIC-methode gebruikt om de stralingsdosis van circulerende lymfocyten te berekenen en de relatie met de werkzaamheid en prognose van de behandeling tijdens radiotherapie voor kleincellige longkankerte onderzoeken 10. De correlatie tussen EDRIC-waarden en factoren zoals leeftijd, geslacht, Karnofsky Performance Status (KPS)-score, rookgeschiedenis, tumorgrootte en tumorstadium werd geanalyseerd door middel van stratificatie. Bovendien werd de correlatie tussen perifere lymfocytopenie in het bloed en de stralingsdosis van circulerende lymfocyten vergeleken om de basis te leggen voor gepersonaliseerde behandelingsstrategieën en prognosevoorspelling.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Na strikte naleving van de in- en exclusiecriteria van deze studie, werd geïnformeerde toestemming voor radiotherapie verkregen van elke patiënt en hun voogd. Klinische stadiëring werd uitgevoerd in overeenstemming met het TNM-stadiëringssysteem van het Amerikaanse Joint Committee on Cancer (AJCC) (8e editie). De ethische commissie van het Ningxia Medical University General Hospital (KYLL-2022-0984) heeft goedkeuring verleend voor deze studie.

OPMERKING: De inclusiecriteria waren als volgt: (i) pathologisch bevestigde kleincellige longkanker in een beperkt stadium (TNM stadium II en III); (ii) initiële radiotherapiebehandeling met behulp van conforme intensiteitsgemoduleerde radiotherapie (IMRT) of volumetrische boogintensiteitsgemoduleerde radiotherapie (VMAT), met een totale stralingsdosis variërend van 50-60 Gy en een enkele dosis van 2 Gy; (iii) pre-radiotherapie bloedparameters binnen het normale bereik (WBC ≥ 4 x 109 cellen/L, Hb ≥ 100 g/L, PLT ≥ 100 x 109/L), en normale functie van vitale organen zoals het hart, de lever en de nieren; iv) beschikbaarheid van volledige klinische gegevens en radiotherapiedossiers; (v) verwachte overleving van meer dan 3 maanden; vi) niet-zwangere vrouwen of vrouwen die borstvoeding geven. De uitsluitingscriteria waren onder meer: (i) patiënten met bloed- of immuunsysteemstoornissen of aanzienlijke orgaanschade; (ii) voorgeschiedenis van langdurige orale therapie met steroïden; (iii) patiënten die de geplande radiotherapie niet hebben voltooid; (iv) recente voorgeschiedenis van bevestigde infectie.

1. Algemene klinische informatie

  1. Verzamel patiëntgegevens.
    OPMERKING: Er werden gegevens verzameld van 64 patiënten met de diagnose LS-SCLC, die voldeden aan de inclusiecriteria en bestralingstherapie ondergingen op de afdeling Radiotherapie, General Hospital van Ningxia Medical University van januari 2023 tot januari 2024. Onder hen waren 48 mannen en 16 vrouwen, in de leeftijd van 41 tot 85 jaar. Volgens het AJCC TNM-stadiëringssysteem (8eeditie) waren er 9 fase II en 55 gevallen van fase III. Alle 60 patiënten kregen chemotherapie vóór radiotherapie, waarbij 46 patiënten meer dan twee keer chemotherapie ondergingen (Tabel 1). Bestralingstherapie omvat technisch gezien intensiteitsgemoduleerde bestralingstherapie (IMRT) of volumetrische intensiteitsgemoduleerde boogtherapie (VMAT).

2. Voorbereiding van de voorbehandeling

  1. Diagnose van kleincellige longkanker door middel van bronchoscopie of punctiepathologie11, zoals weergegeven in figuur 1.
  2. Sluit metastase uit met behulp van magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) van de hersenen, nek en buik en lokaliseer het tumorgebied door middel van positronemissietomografie-computertomografie (PET/CT)12, zoals weergegeven in figuur 2A-C.
  3. Voer een hartenzymtest, een elektrocardiogram, cardiale echografie, longfunctie en schildklierfunctie uit om de cardiopulmonale functie te evalueren en te oordelen dat er geen contra-indicaties zijn10.
  4. Patiënten en hun families volledig informeren over de risico's en complicaties in verband met radiotherapie en toestemming voor radiotherapie ondertekenen.
    OPMERKING: Starttijd radiotherapie: voor patiënten met grote tumoren, uitgebreide metastase van regionale lymfeklieren en gelijktijdige atelectase kunnen eerst 2 kuren met chemotherapie worden gegeven, uiterlijk tijdens de derde cyclus van chemotherapie.

3. Radiotherapie

  1. Positionering: Houd de patiënt in rugligging, met het lichaamsoppervlak gemarkeerd met kaartlijnen en de handen en ellebogen rustend op het voorhoofd. Immobiliseer de patiënt met behulp van een thermoplastische mal om stabiliteit te garanderen. Voer verbeterde CT-scans uit om een duidelijke visualisatie van de tumor en de omliggende bloedvaten te krijgen, zoals weergegeven in figuur 3A.
    OPMERKING: Verbeterde CT-scanparameters zijn als volgt: (1) Dosering van contrastmiddel: 80 ml Dianbitol. (2) Injectiesnelheid: 3 ml/s. (3) Scantijd: de eerste fase: 30-35 s, de tweede fase: 70-80 s, indien nodig, kan 3 tot 10 minuten worden uitgesteld. De CT-simulatiescan omvatte het basisniveau van de bovenste schedel, waarbij de ondergrens zich 10 cm onder het middenrif uitstrekte. Beeldsegmenten, 5 mm dik, worden geüpload naar het Pinnacle-behandelingsplanningssysteem.
  2. Afbakening van het doel: Nauwkeurig afbakenen van het radiotherapiegebied voor SCLC door middel van een pinnacle-systeem bij het positioneren van CT-beelden, zoals weergegeven in figuur 3B, C.
    1. Bruto tumorvolume - primair (GTVp): Baken de GTV af met behulp van een combinatie van pulmonale en mediastinale vensterinstellingen, waarbij wordt voldaan aan RTOG-criteria en wordt verwezen naar PET-CT, verbeterde CT en bronchoscopiebevindingen.
      1. Sluit gebieden met atelectase en exsudaten zonder opname van fluorodeoxyglucose (FDG) uit van de afbakening. Wikkel geen lange bramen en pleurale tractiedelen in. Voeg bramen met een lengte van minder dan 5 mm toe in het doelgebied.
    2. GTV van de gemetastaseerde lymfeklier (GTVnd): Baken mediastinale gemetastaseerde lymfeklieren af met behulp van thorax-CT en PET/CT.
    3. Klinisch doelvolume (CTV): Omvat de CTV GTVp met een marge van 0,5 cm, inclusief anatomische trimming en cumulatief betrokken lymfedrainagegebieden.
    4. Planning doelvolume (PTV): Afgeleid van CTV met een extra marge van 0,5 cm en anatomisch bijsnijden.
      OPMERKING: Afbakening en beperkingen van risicoorganen: Ruggenmerg: maximale dosis (Dmax) < 40 Gy. Linkerlong: Volume ontvangt 20 Gy (V20) < 20%. Rechterlong: V20 < 20%. Bilaterale longen: gemiddelde dosis (Dmean) < 13 Gy. Lever: Volume ontvangend 30 Gy (V30) < 30%. Hart: V30 < 30%, zoals weergegeven in afbeelding 3D-H.
  3. Ontwikkel radiotherapieplanning onder het geautomatiseerde therapieplanningssysteem: gebruik 6MV-X en intensiteitsgemoduleerde radiotherapie (IMRT) om de doeldosis te evalueren.
    OPMERKING: PTV die onder de voorgeschreven dosislijn viel, had een goede conformiteit, uniforme dosisverdeling in het doelgebied, geen koude plek in het doelgebied en geen hotspot in het risicoorgaan. De normale weefsellimieten lagen in het normale bereik, zoals weergegeven in figuur 3I, J.
  4. Voer het radiotherapieplanuit 5: Voer radiotherapie uit met behulp van een lineaire versneller en vergelijk de cone beam computertomografie (CBCT)-test met de positionering van de CT-positie (eenmaal per week), dubbele plaatsing, eenmaal per dag, 5 keer per week, zoals weergegeven in Figuur 4A, B.
  5. Voer een secundaire CT-scan uit met een dosis van 30-40 GY om het therapeutische effect te evalueren. Verminder het doelgebied indien nodig totdat de dosis 50-60 GY bereikt, zoals weergegeven in figuur 5A, B.
    OPMERKING: De therapeutische respons werd waargenomen tijdens het behandelingsproces en de symptomatische behandeling werd gegeven afhankelijk van de situatie.

4. Evaluatiemethode en index

  1. Bereken de gemiddelde longdosis, de gemiddelde hartdosis en de gegevens over het totale totale dosisvolume volgens de EDRIC-methode met de volgende formule:
    EDRIC = 0,12 × MLD + 0,08 × MHD + figure-protocol-1 × MBD
    Waarbij B1% = 0,12, B2% = 0,08, B3% = 0,45 en B4% = 0,35 het percentage vertegenwoordigen van de vier belangrijkste bloedbevattende organen (longen, hart, grote bloedvaten, kleine bloedvaten/haarvaten) in het totale bloedvolume in het lichaam; MLD, MHD en MBD zijn de gemiddelde longdosis, de gemiddelde hartdosis en de gemiddelde lichaamsdosis, waarbij MBD verwijst naar de stralingsdosis per volume-eenheid van het lichaam. In deze studie is MBD de gemiddelde lichaamsdosis vanaf het kraakbeenniveau van de schildklier tot de bovenrand van de zesde borstwervel, die statistisch kan worden verkregen via het behandelingsplanningssysteem.
  2. Observeer de veranderingen in CT-laesies van de borstkas en mediastinale lymfeklieren bij patiënten vóór en 1 maand na radiotherapie. Evalueer de werkzaamheid van de behandeling volgens de responsevaluatiecriteria bij solide tumoren (RECIST) en analyseer de relatie tussen EDRIC-waarde en werkzaamheid van de behandeling.
  3. Tel de laagste waarde van perifere bloedlymfocyten voor en tijdens radiotherapie en analyseer de correlatie met de stralingsdosis van circulerende lymfocyten en het therapeutisch effect.

5. Statistische methoden

  1. Voer statistische analyses uit met behulp van de onafhankelijke steekproef T-toets of Chi-kwadraattoets om verschillen tussen continue en categorische variabelegroepen te beoordelen.
  2. Gebruik de Spearman-correlatiecoëfficiënt om variabele correlaties te evalueren.
    OPMERKING: Alle statistische analyses werden uitgevoerd met behulp van SPSS en P < 0,05 werd als statistisch significant beschouwd.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Klinische uitkomst
De operatietijdveranderingen in CT-laesies van de borstkas en mediastinale lymfeklieren werden bij alle patiënten vóór en 1 maand na radiotherapie waargenomen, waarbij de therapeutische werkzaamheid werd geëvalueerd aan de hand van RECIST-criteria. Van de 64 patiënten met kleincellige longkanker in een beperkt stadium vertoonden 4 gevallen een volledige respons, terwijl 57 gevallen een gedeeltelijke respons vertoonden en drie patiënten een stabiele ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Het immuunsysteem speelt een cruciale rol bij de controle van tumoren tijdens radiotherapie, maar door straling geïnduceerde immunotoxiciteit, zoals lymfocytopenie, is gekoppeld aan ongunstige overlevingsresultaten13,14. SCLC wordt gekenmerkt door zijn hoge maligniteit, vaak gediagnosticeerd in een vergevorderd stadium met een sombere prognose. Radiotherapie vormt de hoeksteen van de behandeling van LS-SCLC. De impact op het immu...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Dit werk werd ondersteund door het onderzoeksproject op universitair niveau van de Ningxia Medical University (XM2022017).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
CT-apparaatSiemens HealthcareSOMATOM Force
MRI-apparaatSiemens HealthcareMAGNETOM Terra
Varian Clinac_IX Medische lineaire versneller voor elektronenSiemens HealthcareIX 

Referenties

  1. Oronsky, B., Reid, T. R., Oronsky, A., Carter, C. A. What's New in SCLC? A Review. Neoplasia. 19 (10), 842-847 (2017).
  2. Pike, L. R. G., et al. The impact of radiation therapy on lymphocyte count and survival in metastatic cancer patients receiving PD-1 immune checkpoint inhibitors. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 103 (1), 142-151 (2019).
  3. Brahmer, J. R. Harnessing the immune system for the treatment of non-small-cell lung cancer. J Clin Oncol. 31 (8), 1021-1028 (2013).
  4. Takeshima, T., et al. Key role for neutrophils in radiation-induced antitumor immune responses: Potentiation with G-CSF. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (40), 11300-11305 (2016).
  5. Yoon, S. W., et al. Per-fraction positional and dosimetric performance of prone breast tangential radiotherapy on Halcyon™ linear accelerator assessed with daily rapid kilo-voltage cone beam computed tomography: a single-institution pilot study. Radiat Oncol. 15 (1), 258(2020).
  6. Ladbury, C. J., Rusthoven, C. G., Camidge, D. R., Kavanagh, B. D., Nath, S. K. Impact of radiation dose to the host immune system on tumor control and survival for stage III non-small cell lung cancer treated with definitive radiation therapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 105 (2), 346-355 (2019).
  7. Schrek, R. Qualitative and quantitative reactions of lymphocytes to x rays. Ann N Y Acad Sci. 95, 839-848 (1961).
  8. Yovino, S., Kleinberg, L., Grossman, S. A., Narayanan, M., Ford, E. The etiology of treatment-related lymphopenia in patients with malignant gliomas: modeling radiation dose to circulating lymphocytes explains clinical observations and suggests methods of modifying the impact of radiation on immune cells. Cancer Invest. 31 (2), 140-144 (2013).
  9. Jin, J. Y., et al. A framework for modeling radiation induced lymphopenia in radiotherapy. Radiother Oncol. 144, 105-113 (2020).
  10. Jin, J. Y., et al. Higher radiation dose to the immune cells correlates with worse tumor control and overall survival in patients with stage III NSCLC: A secondary analysis of RTOG0617. Cancers (Basel). 13 (24), 6193(2021).
  11. Lalić, N., et al. Invasive diagnostic procedures from bronchoscopy to surgical biopsy-optimization of non-small cell lung cancer samples for molecular testing. Medicina (Kaunas). 59 (10), 1723(2023).
  12. Cerra-Franco, A., et al. Predictors of nodal and metastatic failure in early stage non-small-cell lung cancer after stereotactic body radiation therapy. Clin Lung Cancer. 20 (3), 186-193 (2019).
  13. Venkatesulu, B. P., Mallick, S., Lin, S. H., Krishnan, S. A systematic review of the influence of radiation-induced lymphopenia on survival outcomes in solid tumors. Crit Rev Oncol Hematol. 123, 42-51 (2018).
  14. Upadhyay, R., et al. Risk and impact of radiation related lymphopenia in lung cancer: A systematic review and meta-analysis. Radiother Oncol. 157, 225-233 (2021).
  15. Chow, R., Simone, C. B. 2nd Radiation induced lymphopenia in head and neck cancer: The importance of rigorous statistical analysis, radiation field size, and treatment modality. Radiother Oncol. 170, 242(2022).
  16. Xu, H., et al. Lymphopenia during definitive chemoradiotherapy in esophageal squamous cell carcinoma: Association with dosimetric parameters and patient outcomes. Oncologist. 26 (3), e425-e434 (2021).
  17. Liu, Z., et al. Pivotal roles of tumor-draining lymph nodes in the abscopal effects from combined immunotherapy and radiotherapy. Cancer Commun (Lond). 42 (10), 971-986 (2022).
  18. Yovino, S., et al. The etiology of treatment-related lymphopenia in patients with malignant gliomas: modeling radiation dose to circulating lymphocytes explains clinical observations and suggests methods of modifying the impact of radiation on immune cells. Cancer Invest. 31 (2), 140-144 (2013).
  19. Koukourakis, M. I., Giatromanolaki, A. Lymphopenia and intratumoral lymphocytic balance in the era of cancer immuno-radiotherapy. Crit Rev Oncol Hematol. 159, 103226(2021).
  20. Tang, C., et al. Acute phase response before treatment predicts radiation esophagitis in non-small cell lung cancer. Radiother Oncol. 110 (3), 493-498 (2014).
  21. Dai, D., Tian, Q., Shui, Y., Li, J., Wei, Q. The impact of radiation induced lymphopenia in the prognosis of head and neck cancer: A systematic review and meta-analysis. Radiother Oncol. 168, 28-36 (2022).
  22. Damen, P. J. J., et al. The influence of severe radiation-induced lymphopenia on overall survival in solid tumors: A systematic review and meta-analysis. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 111 (4), 936-948 (2021).
  23. Lin, Y. J., Kang, Y. M., Wu, Y. H., Chen, Y. W., Hu, Y. W. Lymphocytopenia and survival after whole-brain radiotherapy in patients with small-cell lung cancer. Thorac Cancer. 14 (14), 1268-1275 (2023).
  24. Suzuki, R., et al. Prognostic significance of total lymphocyte count, neutrophil-to-lymphocyte ratio, and platelet-to-lymphocyte ratio in limited-stage small-cell lung cancer. Clin Lung Cancer. 20 (2), 117-123 (2019).
  25. Grossman, S. A., et al. Survival in patients with severe lymphopenia following treatment with radiation and chemotherapy for newly diagnosed solid tumors. J Natl Compr Canc Netw. 13 (10), 1225-1231 (2015).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Tags

LymfocytenreductieEDRIC-modellymfopeniehematopoëtische organentumor-doelgroottelymfocyten in perifeer bloed

Dit artikel is gepubliceerd

Video binnenkort beschikbaar