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Erschienen in:

Open Access 19.02.2025 | Zerebrale Metastasen | Literatur kommentiert

Assoziation von alterstypischen strukturellen Veränderungen des Gehirns und Ganzhirnbestrahlung

verfasst von: Paul Jan Warnke, Katharina Kersting, Julia Knop, Robert Blach

Erschienen in: Strahlentherapie und Onkologie | Ausgabe 4/2025

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Originalpublikation

Rammohan N, Ho A, Besson B et al (2023) Whole-brain radiotherapy associated with structural changes resembling aging as determined by anatomic surface-based deep learning, Neuro-Oncology 25:1323–1330.

Hinweis des Verlags

Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
Hintergrund
Obwohl ein kognitiver Abbau nach einer Ganzhirnbestrahlung (Whole brain radiation therapy [WBRT]) eine bekannte Nebenwirkung ist, wird sie weiterhin empfohlen und häufig bei Patientinnen und Patienten mit multiplen Hirnmetastasen eingesetzt [1, 2]. Um das Auftreten eines kognitiven Abbaus zu verringern, wurden Bestrahlungsregime mit Schonung der Hippocampusregion (HA-WBRT) erstellt und verglichen [2, 3]. Obwohl sich die jüngsten Studien in erster Linie auf strukturelle Veränderungen in bestimmten Hirnstrukturen nach einer WBRT konzentrierten, wurde noch nie eine Analyse der Auswirkungen auf die globale Hirnstruktur durchgeführt.
Methoden
In dieser Studie wurden T1-gewichtete kraniale MRT-Aufnahmen von Patienten analysiert, die zwischen 2010 und 2021 am Northwestern Memorial Hospital (Chicago, Vereinigte Staaten von Amerika) behandelt wurden. Eingeschlossen wurden Patienten mit unterschiedlichen Primärtumoren, die nach chirurgischer Resektion, stereotaktischer Radiochirurgie (SRS) oder Systemtherapie eine WBRT oder HA-WBRT erhalten haben. Ausgeschlossen wurden Patienten, die nach der WBRT operiert oder mit SRS behandelt wurden. Darüber hinaus wurden nur Patienten mit stabiler oder verbesserter Erkrankung eingeschlossen (RANO-BM-Kriterien). Für die Auswertung wurden ein kraniales MRT (cMRT) vor der WBRT und eines vier Wochen nach der Behandlung verwendet. Als Kontrollgruppe wurden je zwei cMRT von gesunden Patienten aus einer offenen Datenbank, die in einem Abstand von einem Jahr erstellt wurden, verwendet. Zur Validierung der eingeschlossenen Kontrollpatienten wurden sie mit einer Pilotkohorte von SRS-therapierten Patienten verglichen. Nach der Vorbereitung der Bilder durch Entfernen der inneren und äußeren kortikalen Oberfläche (Freesurfer, Cambridge, MA, USA) wurde ein „Deep-Learning“-Algorithmus angewandt, um Alter und Geschlecht anhand der strukturellen MRT-Merkmale zu schätzen. Zu diesem Zweck wurden strukturelle Karten von sieben subkortikalen Strukturen erstellt (Nucleus accumbens, Amygdala, Nucleus caudatus, Hippocampus, Pallidum, Putamen und Thalamus) und mit kortikalen Flächenkarten fusioniert und gegebenenfalls manuell korrigiert. Auf der Grundlage der Bilder wurden Diagramme für jede kortikale und subkortikale Region erstellt, um einen Alterskoeffizienten (ψ) zu ermitteln.
Ergebnisse
Insgesamt wurden n = 4148 validierte Kontrollen (Durchschnittsalter 74 Jahre) und n = 72 Patienten nach WBRT (Durchschnittsalter 62 Jahre) einbezogen. Die meisten Patienten hatten ein primäres Mamma- (n = 32) oder Bronchialkarzinom (n = 30) und erhielten eine mittlere Dosis von 30 Gy für das gesamte Gehirn. Bei 34 % der Patienten war zuvor eine SRS oder chirurgische Resektion durchgeführt worden, 81 % von ihnen erhielten vor der WBRT eine systemische Therapie, und bei allen Patienten wurde die Systemtherapie nach der WBRT durchgeführt.
Die Analyse des berechneten Alterskoeffizienten (ψ >> 1) ergab, dass die Hirnstrukturen der Patienten nach der WBRT im Mittel 9,32-mal schneller alterten. Im Vergleich zur Kontrollgruppe alterte der zerebrale Kortex 8,04-mal schneller, die Hippocampusregion 10,14-mal und andere subkortikale Strukturen 12,57-mal schneller. Eine Subgruppenanalyse von Patienten mit WBRT (n = 55) und Patienten mit HA-WBRT (n = 17) ergab keine signifikanten Unterschiede in der allgemeinen Hirnalterung, konnte aber zeigen, dass die Hippocampusstruktur 8,83-mal langsamer in der HA-WBRT-Gruppe alterte. Subgruppenanalysen für Patienten, die mit Steroiden oder Memantin behandelt wurden, ergaben keine signifikanten Unterschiede.
Schlussfolgerung der Autoren
Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die WBRT die Hirnstruktur verändert. Diese strukturellen Veränderungen in Hirnarealen könnten mit einem kognitiven Verfall zusammenhängen, da sie deutlich schneller voranschreiten als in der alternden Normalbevölkerung. Solche Zusammenhänge werden auch bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen festgestellt. Die derzeitigen biochemischen und entzündungshemmenden Ansätze zur Verringerung der WBRT-induzierten Schäden scheinen die strukturellen Hirnveränderungen jedoch nicht zu beeinflussen. Nur die Schonung relevanter Bereiche scheint den „Alterungseffekt“ zu verringern, wie z. B. durch die Hippocampusschonung bei HA-WBRT. Insgesamt sollte die Indikation zur WBRT eine individuelle Entscheidung sein, die auf dem Allgemeinzustand und der angestrebten Lebensqualität des Patienten beruht.

Kommentar

Diese Studie betrachtet den kognitiven Abbau nach WBRT aus einer neuen Perspektive. Obwohl dieser gut beschrieben ist, ist das Wissen über den tatsächlichen Pathomechanismus immer noch spärlich. Die Autoren bieten den ersten Ansatz zur Untersuchung und Objektivierung der strukturellen Veränderungen nach WBRT und ihres Zusammenhangs mit dem Altern in einer relativ großen Studiengruppe. Es ist bekannt, dass nach einer WBRT strukturelle Veränderungen auftreten, aber frühere Studien konzentrierten sich entweder auf die Gesamtverringerung des Hirnvolumens und die Größe der Ventrikel oder nur auf einzelne Hirnstrukturen [4, 6]. Neben Untersuchungen zur Korrelation von kognitivem Abbau und strukturellen Hirnveränderungen bei neurodegenerativen Erkrankungen konnten Fu et al. eine Korrelation zwischen Veränderungen in der Bildgebungsmethode – Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging (NODDI) – und einer Verschlechterung des Mini-Mental-Status nach einer WBRT zeigen [7]. Somit bietet diese Studie einen innovativen Ansatz für die Erforschung der Pathomechanismen des kognitiven Verfalls und untersucht potenzielle neue Ziele für Behandlungsoptionen. Die derzeitige Praxis konzentriert sich auf eine biochemische oder steroidbasierte Therapie sowie auf die Verwendung von Behandlungsprotokollen, die den Hippocampus schonen [3], was in dieser Studie adressiert wurde.
Trotz ihres innovativen Ansatzes erlaubt das retrospektive Design dieser Studie keine Objektivierung des kognitiven Rückgangs der Patienten oder eine klinische Korrelation der Beobachtungen. Eine weitere Einschränkung dieser Studie ist die Heterogenität der Kohorten mit mehreren Primärtumoren, unterschiedlichen Behandlungsprotokollen und einer fehlenden Subgruppenanalyse dieser Parameter. Dies ist besonders relevant, da viele Parameter bei der Bewertung der WBRT gemäß den Richtlinien der American Society for Radiation Oncology (ASTRO) für die Behandlung von Hirnmetastasen bei Patienten mit nichthämatogenen soliden Tumoren aus 2022 berücksichtigt werden müssen. Zu diesen Parametern gehören der Performance-Status der Eastern Cooperative Oncology Group (ECOG), morphologische Merkmale wie die Größe der größten Hirnmetastase, die Anzahl der Hirnmetastasen und das Vorhandensein eines Masseneffekts sowie alternative Behandlungsmöglichkeiten (invasive Optionen, Erfolg der Steroidtherapie, systemische Behandlung; [8]). Die optimale Behandlungsstrategie und Entscheidungsparameter bei multiplen Hirnmetastasen werden in Deutschland nach wie vor kontrovers diskutiert, was zu unterschiedlichen Behandlungsmöglichkeiten führt. Kraft et al. untersuchten kürzlich in einer Befragung von 193 Strahlentherapeuten aus 111 Krankenhäusern in Deutschland die Behandlungsstrategien multipler Hirnmetastasen. Ihre Umfrage ergab, dass die WBRT immer noch die Behandlung der Wahl bei multiplen Hirnmetastasen ist. Die HA-WBRT wird nur von einer Minderheit gewählt, und die SRS wird nur von ca. einem Drittel angewandt [8]. Der Stellenwert der SRS bei Patienten mit multiplen Hirnmetastasen ist heute durch gut durchgeführte prospektive Studien belegt und sollte in die Behandlung dieser Patienten aufgenommen werden [1012]. Seit der Etablierung der S2k-Leitlinie zu zerebralen Metastasen im Jahr 2021 wird die WBRT nur noch empfohlen, wenn eine SRS nicht sinnvoll erscheint. Insbesondere für metastasierte Bronchialkarzinome sind studienbasierte Leitlinien präziser und empfehlen die SRS bei 1–4 Hirnmetastasen [12]. Da klare Leitlinien für andere metastatische Erkrankungen in Deutschland fehlen, liegt der Cut-off für SRS vs. WBRT in der Literatur zwischen 5 und 10 Metastasen [1012]. Prospektive Daten aus einer japanischen Kohorte deuten darauf hin, dass es keinen Unterschied im Gesamtüberleben gibt, wenn man mit SRS behandelte Patienten mit 2–4 Metastasen und Patienten mit 5–10 Metastasen vergleicht [10]. Dies konnte auch durch die Subanalyse einer Studie gestützt werden, in der die SRS zur Behandlung von Patienten mit multiplen Hirnmetastasen und NSCLC untersucht wurde [11].
Insgesamt deutet die aktuelle Studienlage darauf hin, dass die WBRT auch mit strukturellen Auswirkungen auf das Gehirn einhergeht. Da unterstützende Therapien wie Steroide und Memantin nicht vor Alterung zu schützen scheinen, könnten Protokolle, die wichtige Strukturen schonen, für weitere Entwicklungen zur Verringerung der Nebenwirkungen der WBRT von großer Bedeutung sein.

Fazit

Diese Studie deutet darauf hin, dass die WBRT eine deutliche strukturelle und funktionelle Auswirkung auf die Hirnstruktur der Patienten haben kann und dadurch die Lebensqualität beeinflusst. Da es derzeit keine Supportivtherapie gegen die radiogen bedingte Hirnalterung gibt, sollten die Vor- und Nachteile bei der Entscheidung für die optimale patientenadaptierte Behandlung genau abgewogen werden. Generell zeigen die von uns analysierten Studien einen Trend zum Einsatz der SRS, der auch mit den jüngsten Änderungen in der Erstattung der SRS in Deutschland einhergeht. Weder ein Anstieg des Gesamtüberlebens noch ein besseres klinisches Ergebnis konnten bei Einsatz der WBRT gezeigt werden. Weitere prospektive Studien sind notwendig, um den Einfluss der WBRT auf strukturelle Veränderungen und ihre Bedeutung für den kognitiven Zustand der Patienten zu verstehen.
Paul Warnke, Katharina Kersting, Julia Knop, Robert Blach
Dresden, Berlin, Hannover

Interessenkonflikt

P. Warnke, K. Kersting, J. Knop und R. Blach geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht. Verwendung von künstlicher Intelligenz (KI): Die Autoren erklären, dass sie bei der Konzeption und Erstellung dieses Artikels keine Software für KI verwendet haben.
Open Access This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. The images or other third party material in this article are included in the article’s Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not included in the article’s Creative Commons licence and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain permission directly from the copyright holder. To view a copy of this licence, visit http://​creativecommons.​org/​licenses/​by/​4.​0/​.

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Literatur
1.
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Zurück zum Zitat Bernhardt D et al (2023) Stereotaktische Strahlentherapie vs. Ganzhirnbestrahlungstherapie für Patienten mit 1–10 Hirnmetastasen von kleinzelligem Lungenkrebs: Ergebnis der randomisierten ENCEPHALON (ARO 2019-9) Studie. Int J Radiat Oncol 114:4 Bernhardt D et al (2023) Stereotaktische Strahlentherapie vs. Ganzhirnbestrahlungstherapie für Patienten mit 1–10 Hirnmetastasen von kleinzelligem Lungenkrebs: Ergebnis der randomisierten ENCEPHALON (ARO 2019-9) Studie. Int J Radiat Oncol 114:4
Metadaten
Titel
Assoziation von alterstypischen strukturellen Veränderungen des Gehirns und Ganzhirnbestrahlung
verfasst von
Paul Jan Warnke
Katharina Kersting
Julia Knop
Robert Blach
Publikationsdatum
19.02.2025
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Strahlentherapie und Onkologie / Ausgabe 4/2025
Print ISSN: 0179-7158
Elektronische ISSN: 1439-099X
DOI
https://doi.org/10.1007/s00066-024-02337-0

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