Molekylære fartsmålinger i diagnostikk av prostatakreft

Siver A. MoestueBlogger: Siver A. Moestue,
Førsteamanuensis, MR Cancer-gruppen, Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk

 

Hva er det som er 2,8 Ångstrøm langt og beveger seg med en hastighet av omtrent 2,3 kvadratnanometer per sekund? Nei, det er ikke et tyttebær med påhengsmotor, men et vannmolekyl. I et glass med rent vann.

Tyttebær med påhengsmotor. Illustrasjon: Kari Williamson

Vannmolekylene i glasset beveger seg ustanselig rundt omkring (diffunderer) og forandrer retning når de støter borti et annet vannmolekyl. I kroppens vev og organer, derimot, støter vannmolekylene på naturlige hindringer i form av cellemembraner, proteiner og andre mer eller mindre solide strukturer som begrenser bevegelsesfriheten. Kroppen består av ca. 70 % vann, så en gjennomsnittlig menneskekropp inneholder over 2,3 millioner trilliarder vannmolekyler, som til enhver tid beveger seg hit og dit og skumper borti hverandre og alt det andre kroppen vår er bygget opp av. Dette fenomenet kan vi utnytte i diffusjonsvektet MR-avbildning, slik vi har blogget om tidligere.

Ved hjelp av et gammelt fysikktriks (først beskrevet av Stejskal og Tanner i 1965 (Figur 1) kan vi nemlig bruke MR-avbildning til å måle hvor raskt vannmolekylene i kroppen beveger seg. Når vi tar opp et MR-bilde har man en «lukkertid» på noen få millisekunder, og vannmolekylenes bevegelse i dette tidsrommet avgjør hvor lyst eller mørkt MR-bildet blir.

Faksimile av forskningsartikkel

Figur 1 Faksimile av Stejskal og Tanner’s første beskrivelse av diffusjonsvektet MR fra Journal of Chemical Phyics, Januar 1965

Siden det er en sammenheng mellom vannmolekylenes diffusjonshastighet og hvor mange hindringer de til envher tid støter på, kan vi bruke slike diffusjonsvektede MR-bilder til å stille kreftdiagnoser. I svulster er nemlig vevets naturlige struktur erstattet med kreftceller som ligger pakket sammen tett i tett.

Professor II i MR Cancer-Gruppen, Arend Heerschap, har nylig vist at diffusjonshastigheten til vannmolekyler i prostata henger tett sammen med forekomsten av naturlig kjertelstruktur. Kjertelvevet i en frisk prostata inneholder væskefylte ganger der vannmolekylene beveger seg relativt fritt, og disse gangene bidrar til høye diffusjonsverdier. I den gradvise utviklingen fra friskt kjertelvev, via ulike forstadier, frem til høygradig prostatakreft, vil gangene gradvis fylles igjen med celler og tilslutt erstattes av kreftceller (Figur 2).

Snitt og MR bilde av prostata.

Figur 2 Øverst: Snitt gjennom prostata. De to sirklene til venstre indikerer normalt kjertelvev, mens den høyre sirkelen er plassert i et område med prostatakreft. Nederst: Diffusjonsvektet MR-bilde av den samme prostatakjertelen. I den høyre sirkelen (kreftsvulsten) ser vi at MR-bildet er mørkere enn i de to venstre sirklene. Dette skyldes at vannmolekylene i dette området har liten bevegelsesfrihet (Kobus et al Radiology 2015; epub Sept 29th).

I en ny artikkel har Deborah Hill (MR Cancer-gruppen) vist hvordan denne gradvise transformasjonen fra friskt vev til aggressiv prostatakreft reflekteres i en like gradvis reduksjon i vannmolekylenes diffusjonshastighet. Jo mer langtkommen kreft, desto kortere reiser et gjennomsnittlig vannmolekyl i løpet av et par millisekunder (Figur 3).

Bilder som viser gradvis utvikling av prostatakreft

Figur 3 Gjennomsnittlig diffusjonshastighet av vannmolekyler i friskt prostatavev (grå søyle) sammenlignet med ulike grader av prostatakreft (grønn, blå og rød søyle). Bildene til høyre viser hvordan kjertelstrukturen i friskt vev gradvis erstattes av kreftceller (Hill et al: Journal of MRI 2015; Nov 11th).

Hvorfor er dette interessant i diagnostikk og behandling av prostatakreft? Jo, fordi man ofte er i tvil om kreftsvulstens alvorlighetsgrad, og hva slags behandling som er den beste for pasienten, vil man ofte vente litt og se an sykdomsutviklingen (såkalt active surveillance). Studien til Hill & Co antyder at gjentatt diffusjonsmåling med MR vil kunne være et godt hjelpemiddel for å vurdere hvor raskt sykdommen utvikler seg og hva som vil være riktig tidspunkt for behandling av den enkelte pasient.

Diffusjonsvektet MRI er nesten lettere gjort enn sagt, og er allerede en del av en standard MR-undersøkelse ved mistanke om prostatakreft. MR Cancer-gruppen arbeider med både forbedring av selve avbildningen, utvikling av forbedrede verktøy for bildeanalyse og – ikke minst – studier av sammenhengen mellom vannets diffusjonshastighet og hvordan tumorsvulsten ser ut i mikroskop. En bedre forståelse av hva vi faktisk tar bilde av når vi tar bilde av diffunderende vannmolekyler vil forhåpentligvis bidra til et bedre behandlingstilbud i framtiden.

Takk til både Kreftforeningen og Forskningsrådet for støtte til våre forskningsprosjekter.

Leave a Comment

Filed under Forskning, Kreft, NTNUmedicine