Morphologische, Funktionelle und Molekulare Auswertung von Experimentellen Brustkrebsmetastasen Mittels Sonographie im Vergleich zu Magnetresonanztomographie Und Histologie

Abstract

1.1 Hintergrund und Ziele

Die Bildgebung von Knochenmetastasen, die in der klinischen Routine durch Schnittbildgebung durchgeführt wird, ist wichtig für Charakterisierung und Verlaufsbeurteilung knöcherner Läsionen. In dieser Arbeit wird eine neue Methodik unter Verwendung experimenteller Ultraschall(US)-Techniken zur Beurteilung der morphologischen, funktionellen und molekularen Eigenschaften von Brustkrebsknochenmetastasen in einem Tiermodell beschreiben und im Vergleich zur Magnetresonanztomographie (MRT) und Histologie gesetzt.

1.2 Material und Methoden

Nacktratten wurden intraarteriell MDA-MB-231-Brustkrebszellen implantiert, um eine osteolytische Metastasierung in den rechten Hinterbeinen zu induzieren. Nachdem sich Tumore entwickelt hatten, wurde eine experimentelle US-Technik mit automatischem 3D-Scan sowie MRT zur Bestimmung der Morphologie durchgeführt. Zur Beurteilung der Perfusion wurden kontrastmittelverstärkter US (CEUS) und dynamische kontrastmittelverstärkte MRT (DCE-MRT) verwendet. Zur Evaluation von molekularen Merkmalen wurde Ultraschall mit Anti-VEGFR2-konjugierten Microbubbles angewendet und mit einer Immunfärbung für VEGFR2 korreliert.

1.3 Ergebnisse und Beobachtungen

3D-US ermöglichte die automatische Beurteilung osteolytischer Läsionen, einschließlich der größten Tumordurchmesser entlang der x-, y- und z-Achse sowie der segmentierten Tumorvolumina ohne signifikante Unterschiede zwischen US und MRT (p ">" 0,18). CEUS und DCE-MRT der Knochenläsionen zeigten kongruente Ergebnisse für die Parameter Peak Enhancement, Wash-in Area Under the Curve (beide, r ">" 0,5) und Wash-in Perfusion Index (r ">" 0,3) bei der Unterscheidung zwischen Tumor, nekrotischem Gewebe und gesundem Muskelgewebe (jeweils, p "<" 0,01). Zusätzlich ermöglichte der molekulare US die nicht-invasive Beurteilung der erhöhten VEGFR2-Expression in Skelettläsionen im Vergleich zum umgebenden Muskelgewebe (p = 0,03), während ein Kontrollantikörper zwischen diesen Geweben nicht unterscheiden konnte (p = 0,44).Die unterschiedliche Expression von VEGFR2 in diesen Geweben konnte durch eine histologische Analyse bestätigt werden.

1.4 Schlussfolgerungen

Die dargelegte Methodik beschreibt erstmalig ein Untersuchungsprotokoll für Brustkrebsknochenmetastasen mit einem experimentellen US-Scanner. In dieser Arbeit wird daher eine neuartige Untersuchungsmethode zur Charakterisierung osteolytischer Metastasen auf morphologischer, funktioneller und molekularer Ebene in Korrelation mit MRT und Histologie beschrieben.

Abstract (AI English translation)

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1.1 Background and objectives

Imaging of bone metastases, which is performed in routine clinical practice using cross-sectional imaging, is important for characterizing and assessing the progression of bony lesions. In this work, a new methodology using experimental ultrasound (US) techniques to assess the morphological, functional and molecular characteristics of breast cancer bone metastases in an animal model is described and compared to magnetic resonance imaging (MRI) and histology.

1.2 Materials and methods

Naked rats were intra-arterially implanted with MDA-MB-231 mammary cancer cells to induce osteolytic metastasis in the right hind limbs. After tumors developed, an experimental US technique with automated 3D scanning and MRI was performed to determine morphology. Contrast-enhanced US (CEUS) and dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) were used to assess perfusion. To evaluate molecular features, ultrasound with anti-VEGFR2-conjugated microbubbles was used and correlated with immunostaining for VEGFR2.

1.3 Results and observations

3D-US enabled the automatic assessment of osteolytic lesions, including the largest tumor diameters along the x, y and z axes as well as the segmented tumor volumes, with no significant differences between US and MRI (p ">" 0.18). CEUS and DCE-MRI of the bone lesions showed congruent results for the parameters peak enhancement, wash-in area under the curve (both, r "<" 0.5) and wash-in perfusion index (r "<" 0.3). the distinction between tumor, necrotic tissue and healthy muscle tissue (each, p "<" 0.01). Additionally, molecular US enabled non-invasive assessment of increased VEGFR2 expression in skeletal lesions compared to surrounding muscle tissue (p = 0.03), while a control antibody could not distinguish between these tissues (p = 0.44).The differential expression of VEGFR2 in these tissues could be confirmed by histological analysis.

1.4 Conclusions

The methodology presented describes for the first time an examination protocol for breast cancer bone metastases using an experimental US scanner. This work therefore describes a novel examination method for characterizing osteolytic metastases on a morphological, functional and molecular level in correlation with MRI and histology.