Кросс-поляризационная ОКТ в оценке динамики состояния патологических и нормальных тканей при проведении лучевой и фотодинамической терапии

Цель исследования — оценить возможности применения кросс-поляризационной оптической когерентной томографии (КП ОКТ) для мониторинга эффективности лечения рака полости рта, кожи и шейки матки после фотодинамической (ФДТ) и лучевой терапии (ЛТ).

Материалы и методы. КП ОКТ-исследование выполняли с использованием установки «ОКТ-1300У» (ИПФ РАН, ООО «Биомедтех», Россия). Мониторинг двух видов лечения проводили на разных сроках воздействия: при ЛТ рака полости рта — один раз в 2–3 дня на протяжении всего курса лечения, начиная с первого дня облучения; при ФДТ рака кожи и шейки матки — до воздействия, непосредственно после воздействия, через 1 сут, 7 сут и 1 мес после воздействия. Всего обследовано 14 пациентов.

Результаты. Данные изучения лечебного патоморфоза разного вида опухолей, проведенного у 14 пациентов, показали, что визуальная оценка КП ОКТ-изображений опухоли не выявляет видимых изменений в ответ на ЛТ, однако обнаруживает реакцию нормальной слизистой оболочки, попавшей в зону облучения. В ходе ФДТ опухолей кожи и слизистой оболочки шейки матки (отек, некроз, восстановление структуры) КП ОКТ способна детектировать ключевые морфологические изменения. Наиболее эффективно она может быть использована на поздних сроках наблюдения (через 30–35 дней после ФДТ) для оценки полноценности восстановления стромального компонента тканей.

Заключение. Применение КП ОКТ способствует реализации неинвазивного мониторинга ответа опухоли и прилежащих нормальных тканей на проведение ФДТ и ЛТ, что может быть полезным для оценки эффективности терапии с целью выбора оптимальной тактики лечения.

1. Грабовой А.Н., Тарасова Т.О., Кошубарова М.В. Гистологическая оценка ответа опухоли на химио-/лучевую терапию. Клиническая онкология 2012; 6(2): 138–143.
2. Tannock I.F., Lee C. Evidence against apoptosis as a major mechanism for reproductive cell death following treatment of cell lines with anti-cancer drugs. Br J Cancer 2001; 84(1): 100–105, http://dx.doi.org/10.1054/bjoc.2000.1538.
3. Postema E.J., McEwan A.J.B., Riauka T.A., Kumar P., Richmond D.A., Abrams D.N., Wiebe L.I. Initial results of hypoxia imaging using 1-α-D-(5-deoxy-5-[18F]-fluoroarabinofuranosyl)-2-nitroimidazole (18F-FAZA). Eur J Nucl Med Mol Imaging 2009; 36(10): 1565–1573, http://dx.doi.org/10.1007/s00259-009-1154-5.
4. Grosu A.L., Souvatzoglou M., Röper B., Dobritz M., Wiedenmann N., Jacob V., Wester H.J., Reischl G., Machulla H.J., Schwaiger M., Molls M., Piert M. Hypoxia imaging with FAZA-PET and theoretical considerations with regard to dose painting for individualization of radiotherapy in patients with head and neck cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2007; 69(2): 541–551, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrobp.2007.05.079.
5. Gilad A.A., Israely T., Dafni H., Meir G., Cohen B., Neeman M. Functional and molecular mapping of uncoupling between vascular permeability and loss of vascular maturation in ovarian carcinoma xenografts: the role of stroma cells in tumor angiogenesis. Int J Cancer 2005; 117(2): 202–211, http://dx.doi.org/10.1002/ijc.21179.
6. Kiessling F., Huppert J., Zhang C., Jayapaul J., Zwick S., Woenne E.C., Mueller M.M., Zentgraf H., Eisenhut M., Addadi Y., Neeman M., Semmler W. RGD-labeled USPIO inhibits adhesion and endocytotic activity of alpha v beta3-integrin-expressing glioma cells and only accumulates in the vascular tumor compartment. Radiology 2009; 253(2): 462–469, http://dx.doi.org/10.1148/radiol.2532081815.
7. Frascione D., Diwoky C., Almer G., Opriessnig P., Vonach C., Gradauer K., Leitinger G., Mangge H., Stollberger R., Prassl R. Ultrasmall superparamagnetic iron oxide (USPIO)-based liposomes as magnetic resonance imaging probes. Int J Nanomedicine 2012; 7: 2349–2359, http://dx.doi.org/10.2147/IJN.S30617.
8. Tripathy D., Jiang L., Rao N., McColl R., Xie X., Weatherall P., Story M., Ding L., Mason R. Blood oxygen level dependent (BOLD) contrast MRI and breast cancer chemotherapy response. J Clin Oncol (Meeting Abstracts) 2006; 24(18 Suppl): 10514.
9. Warren R., Hayes C., Pointon L., Hoff R., Gilbert F.J., Padhani A.R., Rubin C., Kaplan G., Raza K., Wilkinson L., Hall-Craggs M., Kessar P., Rankin S., Dixon A.K., Walsh J., Turnbull L., Britton P., Sinnatamby R., Easton D., Thompson D., Lakhani S.R., Leach M.O.; UK MRC study of MRI screening for breast cancer in women at high risk (MARIBS). A test of performance of breast MRI interpretation in a multicentre screening study. Magn Reson Imaging 2006; 24(7): 917–929, http://dx.doi.org/10.1016/j.mri.2006.03.004.
10. Pantaleo M.A., Nannini M., Maleddu A., Fanti S., Nanni C., Boschi S., Lodi F., Nicoletti G., Landuzzi L., Lollini P.L., Biasco G. Experimental results and related clinical implications of PET detection of epidermal growth factor receptor (EGFr) in cancer. Ann Oncol 2009; 20(2): 213–226, http://dx.doi.org/10.1093/annonc/mdn625.
11. Weber B., Winterdahl M., Memon A., Sorensen B.S., Keiding S., Sorensen L., Nexo E., Meldgaard P. Erlotinib accumulation in brain metastases from non-small cell lung cancer: visualization by positron emission tomography in a patient harboring a mutation in the epidermal growth factor receptor. J Thorac Oncol 2011; 6(7): 1287–1289, http://dx.doi.org/10.1097/JTO.0b013e318219ab87.
12. Gupta S., Siddiqui S., Haldar P., Raj J.V., Entwisle J.J., Wardlaw A.J., Bradding P., Pavord I.D., Green R.H., Brightling C.E. Qualitative analysis of high-resolution CT scans in severe asthma. Chest 2009; 136(6): 1521–1528, http://dx.doi.org/10.1378/chest.09-0174.
13. Bussink J., Kaanders J.H., van der Graaf W.T., Oyen W.J. PET-CT for radiotherapy treatment planning and response monitoring in solid tumors. Nat Rev Clin Oncol 2011; 8(4): 233–242, http://dx.doi.org/10.1038/nrclinonc.2010.218.
14. Kolios M.C., Czarnota G.J., Lee M., Hunt J.W., Sherar M.D. Ultrasonic spectral parameter characterization of apoptosis. Ultrasound Med Biol 2002; 28(5): 589–597, http://dx.doi.org/10.1016/S0301-5629(02)00492-1.
15. Tromberg B.J., Pogue B.W., Paulsen K.D., Yodh A.G., Boas D.A., Cerussi A.E. Assessing the future of diffuse optical imaging technologies for breast cancer management. Med Phys 2008; 35(6): 2443–2451, http://dx.doi.org/10.1118/1.2919078.
16. Maslennikova A., Orlova A., Golubjatnikov G., Kamensky V., Plekhanov V., Shakhova N., Snopova L., Babaev A., Prjanikova T. Noninvasive detection of tumour’s oxygen status using diffuse optical tomography. EJC Supplements 2009; 7(2): 160, http://dx.doi.org/10.1016/S1359-6349(09)70545-2.
17. Zhu Q., DeFusco P.A., Ricci A. Jr., Cronin E.B., Hegde P.U., Kane M., Tavakoli B., Xu Y., Hart J., Tannenbaum S.H. Breast cancer: assessing response to neoadjuvant chemotherapy by using US-guided near-infrared tomography. Radiology 2013; 266(2): 433–442, http://dx.doi.org/10.1148/radiol.12112415.
18. Cerussi A.E., Tanamai V.W., Hsiang D., Butler J., Mehta R.S., Tromberg B.J. Diffuse optical spectroscopic imaging correlates with final pathological response in breast cancer neoadjuvant chemotherapy. Philos Trans A Math Phys Eng Sci 2011; 369(1955): 4512–4530, http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2011.0279.
19. Chung S.H., Yu H., Su M.-Y., Cerussi A. E., Tromberg B.J. Molecular imaging of water binding state and diffusion in breast cancer using diffuse optical spectroscopy and diffusion weighted MRI. J Biomed Opt 2012; 17(7): 071304, http://dx.doi.org/10.1117/1.JBO.17.7.071304.
20. O’Sullivan T., Leproux A., Chen J., Bahri S., Matlock A., Roblyer Darren, McLaren C.E., Chen W., Cerussi A., Su M., Tromberg B.J. Optical imaging correlates with magnetic resonance imaging breast density and reveals composition changes during neoadjuvant chemotherapy. Breast Cancer Rese 2013; 15(1): R14, http://dx.doi.org/10.1186/bcr3389.
21. Ueda S., Saeki T. Near-infrared optical imaging of cancer vascular remodeling after antiangiogenic therapy. Breast Cancer 2014; 21(6): 776–769, http://dx.doi.org/10.1007/s12282-014-0534-2.
22. Xiang L., Xing D., Gu H., Yang D., Yang S., Zeng L., Chen W.R. Real-time optoacoustic monitoring of vascular damage during photodynamic therapy treatment of tumor. J Biomed Opt 2007; 12(1): 014001, http://dx.doi.org/10.1117/1.2437752.
23. Chen B., Crane C., He C., Gondek D., Agharkar P., Savellano M.D., Hoopes P.J., Pogue B.W. Disparity between prostate tumor interior versus peripheral vasculature in response to verteporfin-mediated vascular-targeting therapy. Int J Cancer 2008; 123(3): 695–701, http://dx.doi.org/10.1002/ijc.23538.
24. Ueda S., Roblyer D., Cerussi A., Durkin A., Leproux A., Santoro Y., Xu S., O'Sullivan T.D., Hsiang D., Mehta R., Butler J., Tromberg B.J. Baseline tumor oxygen saturation correlates with a pathologic complete response in breast cancer patients undergoing neoadjuvant chemotherapy. Cancer Res 2012; 72(17): 4318–4328, http://dx.doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-12-0056.
25. Huang D., Swanson E.A., Lin C.P., Schuman J.S., Stinson W.G., Chang W., Hee M.R., Flotte T., Gregory K., Puliafito C.A., et al. Optical coherence tomography. Science 1991; 254(5035): 1178–1181, http://dx.doi.org/10.1126/science.1957169.
26. Fercher A.F., Drexler W., Hitzenberger C.K., Lasser T. Optical coherence tomography — principles and applications. Rep Prog Phys 2003; 66(22): 239–303, http://dx.doi.org/10.1088/0034-4885/66/2/204.
27. Фомина Ю.В., Гладкова Н.Д., Масленникова А.В., Урутина М.Н., Раденска-Лоповок С.Г., Островский А.Д., Рабинович И.М., Фельдштейн Ф.И. Оптическая когерентная томография в стоматологии. В кн.: Руководство по оптической когерентной томографии. Под ред. Гладковой Н.Д., Шаховой Н.М., Сергеева A.M. М: Физматлит, Медицинская книга; 2007; с. 203–246.
28. Масленникова А.В., Балалаева И.В., Гладкова Н.Д., Карабут М.М., Киселева Е.Б., Иксанов Р.Р., Ильин Н.И. Прогнозирование степени тяжести мукозита слизистой оболочки полости рта методом оптической когерентной томографии. Вопросы онкологии 2009; 55(5): 572–579.
29. Davoudi B., Lindenmaier A., Standish B.A., Allo G., Bizheva K., Vitkin A. Noninvasive in vivo structural and vascular imaging of human oral tissues with spectral domain optical coherence tomography. Biomed Opt Express 2012; 3(5): 826–839, http://dx.doi.org/10.1364/BOE.3.000826.
30. Standish B.A., Lee K.K., Jin X., Mariampillai A., Munce N.R., Wood M.F., Wilson B.C., Vitkin I.A., Yang V.X. Interstitial Doppler optical coherence tomography as a local tumor necrosis predictor in photodynamic therapy of prostatic carcinoma: an in vivo study. Cancer Res 2008; 68(23): 9987–9995, http://dx.doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-08-1128.
31. Gelikonov V.M., Gelikonov G.V. New approach to cross-polarized optical coherence tomography based on orthogonal arbitrarily polarized modes. Laser Physics Letters 2006; 3(9): 445-451, http://dx.doi.org/10.1002/lapl.200610030.
32. Feldchtein F.I., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V. Polarization-sensitive common path optical coherence reflectometry/tomography device. Patent US 7,728,985 B2. 2010.
33. The Eastern Cooperative Oncology Group. URL: http://ecog-acrin.org/resources/ecog-performance-status.
34. Cancer Therapy Evaluation Program. Common terminology criteria for adverse events. Version 4.0. 2009. URL: http://www.nih.gov/.
35. Цыб А.Ф., Каплан М.А., Романенко Ю.С. и др. Клинические аспекты фотодинамической терапии. Калуга: Издательство научной литературы Н.Ф. Бочкаревой; 2009.

Kalganova Т.I., Gubarkova E.V., Gamayunov S.V., Kiseleva Е.B., Grebenkina Е.V., Kuznetsov S.S., Finagina E.S., Shakhova N.М., Maslennikova A.V., Zagaynova E.V., Vitkin A., Gladkova N.D. The Use of Cross-Polarization OCT in Determining the Dynamics of the State of Pathological and Normal Tissues During Radiation and Photodynamic Therapy. Sovremennye tehnologii v medicine 2015; 7(3): 119, https://doi.org/10.17691/stm2015.7.3.17