Интраоперационное определение негативного края резекции при лампэктомии в зависимости от морфо-молекулярного подтипа рака молочной железы на основе автоматического анализа изображений оптической томографии

Рак молочной железы (РМЖ) по-прежнему, является одной из главных проблем клинической онкологии, его частота остается самой высокой среди злокачественных опухолей у женщин по всему миру (~20,9% новых случаев в год). Стремительно развивающиеся методы диагностики и успехи в лечении РМЖ способствуют тому, что при хирургическом лечении предпочтение отдается органосохраняющим операциям. Органосохраняющие операции РМЖ требуют точного интраоперационного определения в реальном времени как «негативного» края резекции с опухолью, так и метастатического поражения сигнальных и подмышечных лимфатических узлов с целью предотвращения развития рецидива опухоли и осложнений в виде лимфедемы верхних конечностей. Стандартные методы лечения РМЖ включают кроме хирургической резекции первичной опухоли предоперационную неоадъювантную химиотерапию (НАХТ). В клинической практике для эффективной органосохраняющей операции операбельных опухолей молочной железы или в случае первично неоперабельных опухолей (с поражением регионарных лимфоузлов N2-3 стадии) пациентам проводят несколько циклов НАХТ. НАХТ играет важную роль в комплексной терапии РМЖ, а раннее прогнозирование ответа опухоли на лечение (уже после первого или второго цикла терапии) требует применение новых высокоразрешающих методов визуализации биологической ткани, что может стать ключом к успешному лечению РМЖ. Постановка диагноза и выбор тактики лечения основаны на определении морфо-молекулярных подтипов РМЖ. Известно, что в ответ на НАХТ может меняться морфо-молекулярный подтип опухоли, что делает необходимым его точное и своевременное отслеживание во время терапии. Новый Проект 2021 продолжит решение важнейшей задачи повышения эффективности лечения различных морфо-молекулярных подтипов РМЖ, в нем будут применены методы спектральной мультимодальной оптической когерентной томографии (ОКТ) (с поляризационно-чувствительной компонентой - кросс-поляризационная (КП) ОКТ и функцией картирования жесткости (упругости) - ОКТ-эластография) и нелинейной микроскопии (в режиме генерации второй гармоники (ГВГ) и и двухфотонной возбуждаемой автофлуоресценции (ДВАФ)) с разработанными в Проекте 2018 года оригинальными подходами численной оценки оптических изображений. В Проекте 2021 года оптические методы будут использованы в трех новых аспектах оценки эффективности лечения РМЖ: (1) для выявления прогностических критериев «раннего» ответа на НАХТ (после второго курса) различных морфо-молекулярных РМЖ путем исследования биоптатов РМЖ, полученных при тонкоигольной аспирационная биопсии; (2) для интраоперационного определения эффективности проведенного полного курса лечения НАХТ с оценкой «чистоты» краев резекции при исследовании послеоперационных образцов РМЖ, и (3) для разработки критериев поражения лимфатических узлов микрометастазами путем исследования рассеивающих, поляризационных и упругих свойств сигнальных и подмышечных лимфоузлов, полученных в ходе органосохраняющих операциях с применением усовершенствованных автоматических подходов анализа изображений. Научная значимость планируемого исследования обусловлена его актуальностью и необходимостью развития прижизненных высокоразрешающих методов визуализации, которые с высокой чувствительностью и специфичностью способны выявлять группы клеток опухоли в крае резекции, наличие микрометастазов в лимфатических узлах и оценивать ранний ответ опухоли на проводимую НАХТ. Основными ожидаемыми результатами Проекта будут: (1) интраоперационное определение «чистоты» краев резекции опухоли после НАХТ, (2) формулировка прогностических критериев ответа опухоли на НАХТ после второго курса терапии и (3) определение критерия поражения лимфатических узлов микрометастазами на основе прижизненных оптических методов визуализации. Кроме того, (4) будет дана оценка изменению соотношения клеточного компонента и межклеточного матрикса, а также изменению организации волокон коллагена различных морфо-молекулярных подтипов РМЖ под влиянием НАХТ на микроструктурном уровне методом нелинейной микроскопии в режиме ГВГ и ДВАФ. Состояние и количество коллагеновых волокон в опухолях после НАХТ является важным прогностическим фактором ответа опухоли на проводимое лечение. Будет установлена связь между кросс-поляризационным обратным рассеянием и значением модуля упругости с состоянием и количеством волокон коллагена в исследуемой ткани молочной железы путем выявления корреляционной зависимости ОКТ данных с сигналом ГВГ. Важно отметить, что в отличие от нелинейной микроскопии, метод ОКТ может быть более эффективным в клинических практике для постановки диагноза, поскольку характеризуется более высокой скоростью получения данных (несколько секунд) и большей площадью и глубиной сканирования (до 4×4×1 мм3). Будет проведено сравнение между значениями жесткости, полученными методом компрессионной ОКТ-эластографии и используемым в клинике стандартным методом УЗИ-эластографии для различных морфо-молекулярных подтипов РМЖ. Метод ОКТ-эластографии, ввиду более высокого пространственного разрешения (порядка 30-50 мкм), имеет явные преимущества перед УЗИ-эластографией для решения задач определения «чистоты» границ резекции и выполнения экспресс-биопсии с возможностью определения микроструктурных особенностей опухоли. Мультимодальная ОКТ система и планируемые к использованию в Проекте подходы к автоматической численной оценке изображений будут основаны на оригинальных разработках участников проекта как с точки зрения анализа поляризационно-чувствительной компоненты, так и способа оценки упругих свойств опухолевой ткани молочной железы. Для численной оценки поляризационных свойств ткани и повышения контраста визуализируемой микроструктуры опухолевой ткани молочной железы будут применены оригинальные подходы к расчету оптических коэффициентов затухания ОКТ-сигнала в ко- и кросс- поляризационных каналах на основе данных трехмерных КП ОКТ изображений с учетом гетерогенности опухолевой ткани молочной железы. В случаях, когда опухолевые микроструктуры и различные подтипы РМЖ невозможно достоверно различить в рамках традиционной парадигмы линейной теории упругости, будут разработаны новые критерии, учитывающие как линейные, так и нелинейные упругие свойства (т.е. зависимости величин модулей упругости от давления на ткань). Автоматическая сегментация ОКТ изображений на основе поляризационных и упругих характеристик РМЖ до и после НАХТ, а также выявление лимфатических узлов с признаками микрометастазирования, повысит значимость КП ОКТ и ОКТ-эластографии в клинических условиях. В результате, будет установлена диагностическая значимость (чувствительность и специфичность) методов КП ОКТ и ОКТ-эластографии для прогнозирования ответа опухоли на НАХТ и определения наличия микрометастазов в лимфатических узлах. «Золотым стандартом», подтверждающим полученные нами результаты, будет служить параллельно проводимая гистология послеоперационного и биопсийного материала. Применение молекулярно-генетического анализа для образцов с известными мутациями PIK3CA и ТР53 методом цифровой капельной ПЦР позволит провести оценку «чистоты» краёв резекции на молекулярном уровне, верифицировать данные о наличии микрометастазов в лимфатических узлах, полученные с помощью КП ОКТ и ОКТ-эластографии. Кроме того, около 10% случаев опухолей молочной железы демонстрируют полный патоморфологический регресс после НАХТ. Представляется важным оценить отсутствие единичных опухолевых клеток в таких образцах. Полученные результаты будут соответствовать мировому уровню и обладать научной новизной, в ряде аспектов превосходящей результаты лидирующих в мире групп. Разработанную технологию можно будет непосредственно использовать в клинической практике для интраоперационной диагностики «чистоты» границы резекции опухоли при органосохраняющих операциях, проводимых по завершению НАХТ, для оценки ответа опухоли на проводимую НАХТ с контролем изменения морфо-молекулярного подтипа остаточной опухоли, а также для поиска микрометастазов в лимфатических узлах.