Vrednotenje perfuzije, edema in nekroze z optično koherenčno tomografijo za določanje izida tumorjev
Oznaka in naziv projekta
J1-60017 Vrednotenje perfuzije, edema in nekroze z optično koherenčno tomografijo za določanje izida tumorjev RNA
J1-60017 Perfusion, Edema, and Necrosis Evaluation using OCT for Tumor Outcome Measures
Logotipi ARIS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: dr. Jošt Stergar
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Vsebinski opis projekta
Lastnosti tumorske strome in rasti tumorja so pomembni za določanje razvoja tumorjev in izida zdravljenja. Ožiljenost je pomembna lastnost strome, ki ponuja vpogled v dostavo hranil in kisika v tumor. Žilje v tumorju in njegovi bližini je običajno razurejeno saj sledi neprekinjeni rasti tumorja. Ožiljenost je, poleg biološke zanimivosti, potencialni kandidat za napovedni dejavnik izida zdravljenja tumorja, saj korelira z agresivnostjo in posledično izidom zdravljenja. Kljub vpetosti žilne arhitekture v razvoj tumorjev se malo študij ukvarja z biološko ključno perfuzijo. Optična koherenčna tomografija (OCT) je hitro se razvijajoča optična slikovna tehnika, ki nudi neinvazivno slikanje z visoko resolucijo po dostopni ceni. Svoje mesto je že našla v oftalmologiji, stalno pa se pojavljajo nove aplikacije s področja biomedicine tudi drugod. Ob primerni kalibraciji lahko tehnika zajame tomografske slike atenuacijskega koeficienta, ki so povezane z morfologijo tkiva. Razširitve OCT, kot je OCT angiografija (OCT-A) omogočajo slikanje žilja in perfuzije kot dopolnitev morfološkega slikanja. Predhodne študije so pokazale, da je perfuzija povezana z izidom zdravljenja, kar je mogoče spremljati z opazovanjem nekroze in edema pri različnih terapevtskih pristopih, kot sta radioterapija in elektrokemoterapija, ki sta odvisna od dobre vaskularizacije in perfuzije tumorjev. Čeprav klasične slikovne metode zagotavljajo dragocene vpoglede v vaskularne vzorce, je perfuzija v tkivu in manjših žilah, ki niso v dosegu klasičnih metod, še vedno zelo pomembna. Glavni cilj te študije je uporabiti metrike perfuzije, ožiljenosti, nekroze in edema, osnovane na OCT slikah kot orodje za določanje izida zdravljenja tumorjev. Za dosego tega cilja najprej predlagamo zajem serije slik s tehnikama OCT in OCT-A na omejenem številu mišjih modelov različnih tumorjev. To bo najprej omogočilo tako pripravo zanesljivega protokola slikanja - predpogoj za kvantitativno slikanje. Dodatno bo predhnodni zajem služil kot podatkovni nabor za priravo metod obdelave slik in razvoj algoritmov. Poleg tega predlagamo umerjanje slikovnega sistema s tkivnimi fantomi in razvoj algoritmov za luščenje totalnega atenuacijskega koeficienta ter kvantitativno vrednotenje perfuzije. Takšen pristop bo omogočil spremljanje perfuzije, edema in nekroze v končnem delu projekta. Glavni cilj bo dosežen s slikanjem večjega števila različnih mišjih modelov tumorjev, ki jih bomo spremljali pred, med in po zdravljenju ter evalvirali z uporabo OCT. Izid zdravljenja tumorja bo povezan z OCT-metriko perfuzije, edema in nekroze. Poleg tega predlagamo tudi preverjanje uspešnosti slikanja perfuzije v okviru študije na živalih z uporabo kontroliranih elektroporetičnih impulzov z znanimi učinki na perfuzijo. Rezultate študije na živalih bomo primerjali z ustreznim zlatim standardom, kot so segmentacija tumorja, peritumorskih območij in območij nekroze, histologija in barvanje s perfuzijsko občutljivimi barvili. Vaskularizacija tumorja, perfuzija in edem igrajo pomembno vlogo pri napovedovanju izida zdravljenja tumorja. Rezultati tega projekta bodo pomagali tako pri razumevanju patogeneze kot tudi postavili niz novih metrik, ki značilno opredeljujejo biološke dejavnike z vplivom na izid zdravljenja. Rezultati bodo torej koristili ne le predkliničnim raziskavam, temveč bodo še posebej zagotovili nabor prototipnih metrik, ki se lahko v prihodnosti prenesejo v klinično prakso, kar izboljšuje standarde oskrbe. Poleg tega bo obdelovalna veriga in kvantitativni protokol slikanja za OCT angiografijo in slikanje absorpcijskega koeficienta koristila širši skupnosti biomedicinske optike pri olajšanju prihodnjih študij.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
Program dela:
Delo projekta je razdeljeno na 3 raziskovalne in 1 administrativni paket. Paket WP1 pripravi orodja in karakterizira sistem. V WP2 je vključen razvoj vseh potrebnih algoritmov in metrik za analizo slike. WP3 vključuje biološko interpretacijo in validacijo rezultatov. Administrativni paket WP4 poskrbi za administrativne cilje raziskave. Delovni paketi vsebujejo sledeče naloge.
WP1: Karakterizacija sistema in razvoj protokola slikanja
- T1.1: Karakterizacija sistema na večslojnih tkivnih fantomih za kvantitativno slikanje atenuacijskega koeficienta (priprava trdnih tkivnih fantomov na osnovi polimera z dodanim sipalcem in absorberjem, meritve na fantomih z različnimi optičnimi lastnostmi, meritve lastnosti sistema) - T1.2: Karakterizacija sistema na fantomih s stekleno kapilaro (priprava trdnih tkivnih fantomov kot T1.1 z dodatkom steklene kapilare in kontroliranim prostorninskim pretokom, meritve na fantomih z različnimi pretoki) - T1.3: Razvoj in testiranje OCT nastavka za pred-klinično slikanje (nastavek bo omogočal konsistentno slikanje istega področja ter zagotavljal konsistentno lokacijo gorišča v tkivu; delo vključuje razvoj v orodju za 3D modeliranje in pripravo nastavka s pomočjo 3D tiskanja) - T1.4: Razvoj protokola in zajem testnega podatkovnega seta (protokol in testni set podatkov bo omogočal razvoj algoritmov in kasnejši zajem podatkov za kvantitativno analizo)
WP2: Razvoj algoritmov
- T2.1: Razvoj algoritmov za določanje ožiljenosti in perfuzije (testiranje in izdelava algoritma za generiranje OCT-A slik z različnimi pristopi, kalibracija rezultatov na podlagi karakterizacijskih meritev, preverjanje na podlagi testnih meritev) - T2.2: Razvoj algoritmov za detekcijo nekroze in edema (razvoj in testiranje algoritmov za izračun atenuacijskega koeficienta, razvoj in testiranje algoritmov za odstranjevanje laserskih peg iz slike, primerjava vrednosti totalnega atenuacijskega koeficienta za področja segmentirana kot nekrotična in edematozna) - T2.3: Razvoj metrik za vrednotenje perfuzije, vaskulature, nekroze in edema (prioriteta so kvantitativne metrike, statistična porazdelitev vrednosti perfuzije pred in po terapiji, določanje arhitekture za vrednotenje rasti žilja, primerjava obsežnosti in oblike področja z edemom in nekrozo) - T2.4: Priprava združenih slik (na osnovo RGB slike bodo nanešene prostorske porazdelitve razvitih metrik v različnih barvah, ki bodo omogočale biološko interpretacija)
WP3: Pred-klinično vrednotenje metode
- T3.1: Razvoj pred-kliničnega modela (priprava potrebne dokumentacije, razvoj mišjih modelov s podkožno vbrizganimi celicami različnih tumorjev, analiza z referenčnimi tehnikami – histološke preiskave in različna barvanja, slikanje modelov z razvito tehniko pred in po terapiji) - T3.2: Verifikacija metode za določanje perfuzije z nadzorovanim vplivom elektroporacije (na modelu z znanim učinkom elektroporacije na perfuzijo bo izvedeno slikanje in analiza s predlagano metodo, kar bo omogočilo biološko preverbo) - T3.3: Aplikacija metode za biološko interpretacijo rezultatov na modelu elektrokemoterapije (uporaba metode na razvitem modelu za vrednotenje vpliva elektrokemoterapije na perfuzijo in določanje povezave med razvitimi metrikami in biološkim odzivom, biološka interpretacija – spremembe perfuzije v tumorju, med različnimi tumorji, glede na rast tumorja, po aplikaciji pulzov, po aplikaciji elektrokemoterapije, učinkovitost protitumorskega delovanja)
WP4: Administrativne naloge
- T4.1: Komunikacija rezultatov (objave projekta na spletnih straneh, sodelovanje v javnih dogodkih, uporaba socialnih omrežij) - T4.2: Diseminacija v revijah in na kongresih (predstavitev rezultatov v obliki znanstvenih člankov in na konferencah) - T4.3: Upravljanje intelektualne lastnine (sodelovanje z organizacijskim službami za zaščito in identifikacijo intelektualne lastnine, vrednotenje rezultatov za morebitne prijave patentov)