Misurazione dei tumori della testa e del collo dei topi mediante analisi automatizzata delle immagini CBCT

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12033 (2023) Citare questo articolo

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Gli esperimenti sugli animali vengono spesso utilizzati per determinare gli effetti dei farmaci e di altre condizioni biologiche sulla progressione del cancro, ma la scarsa accuratezza e riproducibilità dei metodi di misurazione del tumore consolidati rendono i risultati inaffidabili. Nei modelli murini ortotopici di cancro della testa e del collo, i volumi del tumore approssimati dalle misurazioni con il calibro vengono convenzionalmente utilizzati per confrontare i gruppi, ma le sfide geometriche rendono la procedura imprecisa. Per risolvere questo problema, abbiamo sviluppato un software per misurare meglio questi tumori mediante l’analisi automatizzata delle scansioni di tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT). Ciò consente analisi della forma del tumore e delle dinamiche di crescita che altrimenti sarebbero troppo imprecise per fornire informazioni biologiche. Monitorando la crescita del tumore mediante calibri e imaging in parallelo, scopriamo che le misurazioni con calibri di piccoli tumori sono debolmente correlate con il volume effettivo del tumore e altamente suscettibili al bias dello sperimentatore. Il metodo presentato fornisce una finestra unica sulle fonti di errore in un aspetto fondamentale della ricerca preclinica sul cancro della testa e del collo e uno strumento prezioso per mitigarle.

Nonostante i progressi nell’uso degli organoidi1 e delle tecnologie organ-on-chip2, i sistemi in vitro non riescono a riprodurre aspetti cruciali dei tumori reali, che contengono una vasta gamma di cellule stromali, interagiscono con un sistema immunitario sistemico e possono metastatizzare in organi distanti . I modelli murini di cancro superano queste limitazioni e consentono esperimenti controllati che confrontano gruppi di animali quasi identici con manipolazioni farmacologiche e genetiche per testare precise ipotesi biologiche. Sono quindi di immenso valore nel dimostrare che qualcosa influenza la crescita del tumore o nel determinare il motivo in un contesto in cui l’effetto può essere verificato direttamente.

Sfortunatamente, i metodi utilizzati per misurare i tumori nei topi sono spesso imprecisi, richiedono molto tempo e sono suscettibili a varie forme di bias. Il volume di un tumore palpabile esternamente viene normalmente approssimato utilizzando la seguente formula (o simile) da distanze misurate con un calibro:

dove dlong e dshort sono rispettivamente la più lunga e la più breve di due misurazioni approssimativamente ortogonali. I dettagli della procedura di misurazione, inclusa la forza con cui stringere i calibri, probabilmente contribuiscono a errori casuali e incoerenze tra i misuratori. La misura in cui l’Eq. (1) la sovrastima o la sottostima del volume dipende, ovviamente, anche dalla forma del tumore. Ciò è particolarmente pertinente nel cancro della testa e del collo (HNC), dove i tumori possono crescere esofiticamente o endofiticamente attraverso i forami e invadere i linfonodi adiacenti.

La crescita di tumori che non sono palpabili esternamente, come i tumori polmonari3 o i tumori cerebrali4, può invece essere monitorata utilizzando modalità di imaging medico, tra cui la tomografia computerizzata (CT)5, la risonanza magnetica (MRI)6 e gli ultrasuoni. Sebbene ciò possa fornire informazioni utili, l'applicabilità della misurazione del tumore basata su immagini al monitoraggio seriale di più animali è limitata dai lunghi tempi di acquisizione e analisi delle immagini. È stato precedentemente riportato che la misurazione con calibro è meno accurata della misurazione basata su immagini degli stessi tumori7,8. Anche l'imaging a bioluminescenza (BLI) è degno di nota in questo contesto come metodo per confrontare la crescita di tumori opportunamente etichettati, sebbene soffra di una serie di problemi tecnici9,10 e non venga generalmente utilizzato per stimare il volume del tumore11.

Le misurazioni del volume del tumore mediante calibri e analisi manuale delle immagini, semplicemente attraverso il coinvolgimento diretto degli esseri umani, consentono anche l’iniezione conscia o subconscia di errori nei risultati. Nonostante l'evidenza di tali effetti sperimentali e l'importanza della registrazione dei dati in cieco12,13, non è una pratica comune in questo contesto e rappresenta un importante vantaggio dell'automazione della quantificazione del volume del tumore.