Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie

Radiomics zur Charakterisierung von gastrointestinalen Tumoren (Schneider)

Ist es möglich, mittels quantitativer Bildparameter prädiktive und prognostische Aussagen über Tumorerkrankungen zu treffen? Mit dieser Kernfrage beschäftigt sich die aktuelle populäre Forschung auf dem Gebiet der Radiomics. Innerhalb dieses Forschungsprojekts wollen wir dies für gastrointestinale Tumoren, deren radiologische Diagnostik einige Schwierigkeiten bietet, explorieren. Dafür werden bildgebende Parameter verschiedener Tumorentitäten – aktuell Tumoren des gastroösophagealen Übergangs und Pankreaskarzinome – aus diagnostischen Schnitttbildern extrahiert und ein Zusammenhang zu verschiedenen onkologisch relevanten Parametern untersucht. Diese beinhalten neben dem klinischen Outcome auch molekularbiologische Parameter aus Genomanalysen oder eine Korrelation mit Daten aus „Liquid Biopsies“. Langfristig soll somit eine Integration radiomischer Daten in eine Prädiktionsmodell zur Etablierung zielgerichteter, personalisierter Tumortherapien ermöglicht werden.

Integrierte Diagnostik von Mammakarzinomen (Merz)

Die Radiomics-Analyse ist eine Methode, die mit Hilfe von Algorithmen große Mengen an Gewebemerkmalen aus Schnittbildern extrahieren kann, welche mit dem bloßen Auge nicht erkennbar sind, aber das Potential haben, bestimmte Krankheitsmerkmale aufzudecken.  Studien in der Vergangenheit konnten zum Beispiel zeigen, dass mittels einer Radiomics-Analyse benigne von malignen Läsionen der Brust zuverlässig differenziert werden können. Des Weiteren ist es mittels Radiomics-Analyse möglich, den molekularen Subtyp eines Mammakarzinoms abzuschätzen oder eine Vorhersage zur Prognose oder dem Ansprechen auf eine Therapie zu treffen. Diese Analysen allein haben bereits ein großes Potenzial, personalisierte Therapie zu erleichtern.

Um die Aussagekraft einer Radiomics-Analyse zu erhöhen, können zusätzlich klinische, molekulare oder auch genetische Daten in die Analyse integriert werden.

Ziel dieses Projektes ist es, weitere geeignete Merkmale aus MRT-Untersuchungen bei Patientinnen mit Mammakarzinom zu extrahieren, welche den Tumor charakterisieren und eine Prädiktion zu Prognose oder Ansprechen auf eine Therapie erlauben. Außerdem sollen microRNA-Konzentrationen aus Blutplasma oder Urin der Patientinnen mit Mammakarzinom in die Analyse integriert werden, um so die Aussagekraft zu verbessern und Einschätzungen zu validieren.

Bildgebende Analyse von Subtypen des Bronchialkarzinoms (von Krüchten)

Permanente Entzündungsprozesse bei der chronischen obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) sind ein Risikofaktor für die Entstehung von Lungenkarzinomen. Derzeit existieren in der Routine-Diagnostik keine bildmorphologischen Kriterien zur Detektion von Risikopatienten.

Ziel des Forschungsprojektes ist die software-basierte Extraktion und Analyse quantitativer Merkmale (Radiomics) aus Computertomographie (CT)-Untersuchungen zur Früherkennung von Lungenkarzinomen, welche für das menschliche Auge nicht erkennbar sind. Ausgewertet werden CT-Thorax-Untersuchungen von COPD und Lungenkarzinom-Patienten der longitudinalen, multizentrischen Kohorten-Studie COSYCONET (German COPD and Systemic Consequences – Comorbidities Network).

Das Projekt wird in Kooperation mit der Klinik für Pneumologie des Universitätsklinikum Freiburg und der Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie der Universitätsklinik Heidelberg durchgeführt. 

Spezifische Bildgebung von Komponenten des Tumormikromilieus (Helfen, Münster)

Das Wachstum und die Ausbreitung von Tumoren ist maßgeblich abhängig vom zellulären Mikromilieu im Tumor – der Akkumulation und Aktivierung bestimmter Immunzellen wie Makrophagen und T-Zellen und der Supprimierung von gegen den Tumor agierender NK-Zellen. Diese Prozesse zu verstehen und für therapeutische Zwecke zu nutzen ist Gegenstand aktueller, onkologischer Forschung.

In den gemeinschaftlich zwischen Freiburg und Münster durchgeführten Projekten werden spezifische Kontrastmittel für einzelne Komponenten des Tumormikromilieus entwickelt und dafür eingesetzt, die Rolle bestimmter Immunzellen während des Tumorwachstums, im Rahmen der systemischen Tumorausbreitung (Metastasierung) und unter Therapie zu untersuchen.

Ein besonderes Augenmerk gilt dabei dem prämetastatischen Tissue Priming – der Etablierung von Metastasen etwa in der Lunge geht die lokale Aktivierung von Immunzellen am Ort der späteren Metastasierung voraus („prämetastatische Nische“). Für die Entwicklung von Bildgebungssonden zur Darstellung Tumor-assoziierter Makrophagen und für die erste in vivo Bildgebung der prämetastatischen Nische wurde Michel Eisenblätter 2019 mit dem Wilhelm-Conrad-Röntgen-Preis ausgezeichnet.

Kommunikationsmedien zwischen Tumor und Immunsystem – Visualisierung von Tissue Priming (Gerwing, Münster; Milewicz)

Gegenstand weiterer Projekte zwischen Münster und Freiburg sind die Kommunikationswege zwischen Tumor und Immunsystem, beispielsweise bei der Einrichtung einer prämetastatischen Nische.

Erforscht wird die Rolle von Exosomen – Mebranvesikeln die DNA, RNA und Proteine enthalten und von zahlreichen Körperzellen, auch Tumorzellen, abgegeben und lokal und systemisch verteilt werden. Es wurden Techniken zur Markierung und in vivo Darstellung von Exosomen entwickelt die jetzt ermöglichen, der Exosomendistribution im lebenden Organismus zu folgen und konsekutive Veränderungen etwa im Sinne der Einrichtung einer prämetastatischen Nische zu untersuchen. Dazu wird außerdem die Zusammensetzung von isolierten Exosomen untersucht und mit dem zellulären Ursprung und dem zugrundeliegenden Tumor korreliert.