الراديوجينومكس – تضافر التصوير الطبي والمعلومات الجينية

ابتكار في علمَي الوراثة والأشعة

ما الأوميكس؟

الأوميكس اسم عام لفروع العلوم التي تدرس جوانب مختلفة من الأنظمة البيولوجية بصورة شاملة. ويشمل مجالات مثل الجينوميات والبروتيوميات والميتابولوميات، ويحلل بنى الجزيئات الحيوية ووظائفها وتفاعلاتها.

ما الراديومكس؟

الراديومكس عملية استخراج كميات كبيرة من السمات الكمية من بيانات التصوير الطبي وتحليلها. وتُستخدم هذه التقنية لفهم تغاير الأورام وخصائصها على نحو أفضل.

ما علم الجينوم؟

علم الجينوم فرع علمي يدرس بنية جميع المادة الوراثية للكائن الحي، أي جينومه، ووظيفتها وتفاعلاتها. وتهدف أبحاثه إلى فهم كيفية عمل الجينات، والأمراض المرتبطة بها، وتأثير الاختلافات الجينية الفردية في الصحة.

ما الراديوجينومكس؟

الراديوجينومكس مجال يدمج بيانات التصوير الطبي والمعلومات الجينومية ويدرس العلاقات بينها. وتُستخدم هذه الطريقة لتطوير نُهج مخصصة في علاج السرطان.

هل يمكن أن يكون الراديوجينومكس مفتاح الطب المخصص؟

يُطبق الراديوجينومكس على نطاق واسع لمعالجة تغاير الأورام وتوقع الاستجابة المناعية وتقدم المرض، بالتركيز على العلاقة بين الجينومات والأنماط الظاهرية التصويرية. وهو نتيجة حتمية للتوجهات الحالية في الطب المخصص، لأنه أقل تكلفة من التسلسل الجيني التقليدي، ويتيح الوصول إلى الورم كله بدلًا من عينات خزعة محدودة. ومن خلال توفير معلومات جينية عبر الفوكسلات، أي البكسلات الحجمية، قد يتيح علاجًا مخصصًا يستهدف ورمًا متغايرًا أو مجموعة أورام. وإضافة إلى التقييم الكمي لخصائص الآفات، يمكن استخدامه للتمييز بين التكوينات الحميدة والخبيثة وخصائص المرضى، وبالتالي تحسين تصنيفهم بحسب خطر المرض لإتاحة تصوير وتحَرٍّ أدق. وفي هذه المقالة نصف تطبيقه في تشخيص الأورام وتخطيط العلاج وتقييمه بنهج متعدد الأوميكس. ونناقش أيضًا تحديات هذا المجال ونطاق هذه الطرائق وقابليتها للتطبيق السريري.

تغير مصير الطب مع ثورة الجينوم

منذ ثورة الجينوم في أوائل تسعينيات 1990، سعت أبحاث السرطان لإتاحة علاجات مخصصة بالتركيز على استقصاء الأسباب الجذرية للأمراض على المستوى الجيني. مشروع الجينوم البشريبعد اكتماله، تطور علم الجينوم إلى مستوى أكثر وظيفية، وركز على ملفات تعبير الجينات والبروتينات وأدوارها. وقد غيّر فهمنا لوراثة السرطان طريقة تفكيرنا في المرض وعلاجه. أطلس جينوم السرطان (TCGA) استُخدمت عينات كثيرة، كما في مشروعه، لتوفير بيانات واسعة النطاق عن النسخ والوراثة اللاجينية والبروتينات في أنواع سرطانية متعددة. لكن طرائق التحليل الجيني التقليدية تعتمد على أخذ خزعات باضعة أو أنسجة مرضية بعد الجراحة لإجراء التحليل. ويحمل ذلك مخاطر معينة ومضاعفات محتملة، لذا لا يمكن تطبيقه على كل مريض سرطان.

يجب تذكر التغاير الورمي

بسبب التغاير داخل الورم أو بين الأورام، قد لا تكشف خزعات الأنسجة التغيرات الجينية المهمة بدقة. فعادة تؤخذ العينات من جزء صغير من الآفات المتغايرة، وقد لا تمثل بدقة خصائص الآفة التشريحية والوظيفية والفسيولوجية. والأهم أنه لا يمكن أخذ النسيج مرات متعددة لفحص الاستجابة أثناء العلاج. ولذلك يظل دمج الملف الجينومي أو البروتيني في الممارسة السريرية العامة صعبًا.

ولادة حلول الراديومكس

التصوير الطبي تقنية حيوية في العلوم الطبية والممارسة السريرية. لكن دوره يتطور سريعًا من أداة تشخيصية رئيسية إلى دور مهيمن في الطب المخصص. ويعتمد تقييم التصوير التقليدي على خصائص نوعية، مثل كثافة الورم وأنماط التعزز وانتظام حدوده والخلايا والمكونات غير الخلوية داخله وعلاقته التشريحية بالبنى المحيطة والتغيرات التشريحية. وفي المقابل، يتيح الراديومكس، وهو مجال سريع التطور، فك معلومات كمية رقميًا من الصور ذات القنوات الأربع، مثل مقاييس الكثافة والنسيج والشكل والحجم.

الراديومكس تقنية جديدة طُرحت في 2012، وتهدف إلى وصف تغاير الورم وتوقعه بالتركيز على استخراج سمات تصويرية كمية بخوارزميات عالية الإنتاجية، ثم ترشيح البيانات وتجميعها وتحليلها. ورغم التقدم في تحويل الصور الطبية الرقمية مع بيانات متنوعة ذات صلة، تبقى عقبات حاسمة أمام تحديد التفسيرات البيولوجية لسمات الراديومكس.

دمج البيانات المختلفة

مع دخول العصر التالي للبيانات الضخمة والطب المخصص، طرح خبراء كثيرون مفهوم «الراديوجينومكس». ويركز على تطوير روابط متعددة المقاييس بين التصوير الطبي والبيانات الجينومية. ويمكن اعتباره جمعًا بين الراديومكس والجينوميات، يعالج أوجه القصور المذكورة أعلاه. وقد تطور كثيرًا خلال العقد الماضي وأظهر إمكان تطوير نُهج إنذارية وتشخيصية غير باضعة، خصوصًا للسرطان، بتحديد مؤشرات حيوية علاجية وربط سمات التصوير الكمية بالتواقيع الجينومية. ومع تحسن التوصيف الجزيئي لأنواع السرطان والتقدم في تحليل الأنسجة وتعلم الآلة، يستعد تشخيص السرطان للتوجه نحو الطب المخصص عبر الراديوجينومكس.

منذ ثورة الجينوم في أوائل تسعينيات 1990، سعت أبحاث السرطان لإتاحة علاجات مخصصة بالتركيز على استقصاء الأسباب الجذرية للأمراض على المستوى الجيني. مشروع الجينوم البشري بعد اكتماله، تطور علم الجينوم إلى مستوى أكثر وظيفية، وركز على ملفات تعبير الجينات والبروتينات وأدوارها. وقد غيّر فهمنا لوراثة السرطان طريقة تفكيرنا في المرض وعلاجه. أطلس جينوم السرطان (TCGA) استُخدمت عينات كثيرة، كما في مشروعه، لتوفير بيانات واسعة النطاق عن النسخ والوراثة اللاجينية والبروتينات في أنواع سرطانية متعددة. لكن طرائق التحليل الجيني التقليدية تعتمد على أخذ خزعات باضعة أو أنسجة مرضية بعد الجراحة لإجراء التحليل. ويحمل ذلك مخاطر معينة ومضاعفات محتملة، لذا لا يمكن تطبيقه على كل مريض سرطان. بسبب التغاير داخل الورم أو بين الأورام، قد لا تكشف خزعات الأنسجة التغيرات الجينية المهمة بدقة. فعادة تؤخذ العينات من جزء صغير من الآفات المتغايرة، وقد لا تمثل بدقة خصائص الآفة التشريحية والوظيفية والفسيولوجية. والأهم أنه لا يمكن أخذ النسيج مرات متعددة لفحص الاستجابة أثناء العلاج. ولذلك يظل دمج الملف الجينومي أو البروتيني في الممارسة السريرية العامة صعبًا.

التصوير الطبي تقنية حيوية في العلوم الطبية والممارسة السريرية. لكن دوره يتطور سريعًا من أداة تشخيصية رئيسية إلى دور مهيمن في الطب المخصص. ويعتمد تقييم التصوير التقليدي على خصائص نوعية، مثل كثافة الورم وأنماط التعزز وانتظام حدوده والخلايا والمكونات غير الخلوية داخله وعلاقته التشريحية بالبنى المحيطة والتغيرات التشريحية. وفي المقابل، يتيح الراديومكس، وهو مجال سريع التطور، فك معلومات كمية رقميًا من الصور ذات القنوات الأربع، مثل مقاييس الكثافة والنسيج والشكل والحجم. الراديومكس تقنية جديدة طُرحت في 2012، وتهدف إلى وصف تغاير الورم وتوقعه بالتركيز على استخراج سمات تصويرية كمية بخوارزميات عالية الإنتاجية، ثم ترشيح البيانات وتجميعها وتحليلها. ورغم التقدم في تحويل الصور الطبية الرقمية مع بيانات متنوعة ذات صلة، تبقى عقبات حاسمة أمام تحديد التفسيرات البيولوجية لسمات الراديومكس.

مع دخول العصر التالي للبيانات الضخمة والطب المخصص، طرح خبراء كثيرون مفهوم «الراديوجينومكس». ويركز على تطوير روابط متعددة المقاييس بين التصوير الطبي والبيانات الجينومية. ويمكن اعتباره جمعًا بين الراديومكس والجينوميات، يعالج أوجه القصور المذكورة أعلاه. وقد تطور كثيرًا خلال العقد الماضي وأظهر إمكان تطوير نُهج إنذارية وتشخيصية غير باضعة، خصوصًا للسرطان، بتحديد مؤشرات حيوية علاجية وربط سمات التصوير الكمية بالتواقيع الجينومية. ومع تحسن التوصيف الجزيئي لأنواع السرطان والتقدم في تحليل الأنسجة وتعلم الآلة، يستعد تشخيص السرطان للتوجه نحو الطب المخصص عبر الراديوجينومكس.

نظرة عامة على مسارات عمل الراديوجينومكس

تقوم الفكرة الأساسية للراديوجينومكس على دمج بيانات التصوير التي تعكس الأنماط الظاهرية للمرض كميًا مع البيانات الجينومية التي تعكس النشاط على المستوى الجزيئي، لإقامة روابط بين السمات الجينومية والتصويرية، واكتساب معرفة بالخلفية الجينية للأمراض وتطورها من خلال تحليل هذه المعلومات واستخلاصها. وفيما يلي عرض مفصل لهذه الأدوات والطرائق. وفي عام 2012، طرح لامبين وزملاؤه رسميًا مفهوم جينوميات الصور، الذي يحول الصور الطبية إلى قدر كبير من معلومات السمات بطرائق آلية عالية الإنتاجية لاستخراجها، لاستكشاف الطبيعة البيولوجية للصور ودعم القرار السريري. ويتكون مسار العمل من: (i) جمع الصور، وهو يشبه «تسجيل الحالات» في التجارب السريرية. وتشمل وسائله التصوير الشعاعي والموجات فوق الصوتية والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)/CT؛ (ii) تجزئة الصور يدويًا أو شبه آليًا أو آليًا بالكامل؛ (iii) استخراج سمات الصور ووصفها، أي استخراج بيانات سمات عالية الأبعاد لوصف مناطق الاهتمام كميًا، وهو الجزء الجوهري من علم نسج الصور؛ (iv) اختيار السمات وبناء النموذج؛ (v) التطبيقات السريرية، وأشيع مجالات تطبيق علم نسج الصور هي تصنيف الأورام وتحديد مرحلتها والتنبؤ بالإنذار (الشكل 1).

نظرة عامة على علاقة الراديومكس بالجِينوميات عبر فروع الأوميكس المختلفة

أدى تطور تقنيات الراديوجينومكس في السنوات الأخيرة إلى تحولات في نماذج بحث التطبيق السريري للراديومكس من منظور متعدد الأوميكس. وجمع فتحي وزملاؤه بيانات أوميكس متعددة، تشمل المعلومات السريرية ومثيلة MGMT والراديومكس والبيانات الجينية، لبناء نماذج دقيقة للنتائج السريرية لدى مرضى الورم الأرومي الدبقي (GBM) المشخصين حديثًا. ووصف البحث تطبيق الراديوجينومكس في الطب الدقيق بنهج متعدد الأوميكس لتصنيف مجموعات الخطر بدقة. ولذلك نقسمه في هذه المراجعة إلى ثلاثة مكونات رئيسية. وقد بحثنا في قاعدتي PubMed وWeb of Science بين عامي 2017 و2022 عن المقالات ذات الصلة التي يزيد معامل تأثيرها (IF) على 5.

استخدام نماذج الراديوجينومكس لتوقع الطفرات الجينية

تحديد الطفرات الجينية مهم لتشخيص السرطان واختيار العلاج ومراقبة فعاليته. وأشيع طريقة لكشفها خزعة النسيج، وهي باضعة ومكلفة وتستغرق وقتًا، لذا لا تناسب جميع المرضى. وفي الوقت نفسه، يعني الراديومكس الاستخراج والتحليل الآليين لكميات كبيرة من سمات الصور الكمية المتقدمة من أنماط تصوير مختلفة باستخدام الفحوص الشعاعية المعتادة. وقد برز الراديوجينومكس مجالًا جديدًا يجمع الراديومكس والجينوميات ويسهل الطب الدقيق. ولذلك يلزم مزيد من دراسة تطبيقات الراديومكس لتوقع الطفرات الجينية للمساعدة في كشف السرطان بفعالية أكبر. ونستعرض هنا بإيجاز معرفتنا الحالية بدوره في توقع الطفرات الجينية بأورام الدماغ والرئة والقولون والمستقيم والثدي والكلى. وركزت معظم الدراسات على الطفرات التي تشمل تبدلات النوكليوتيد المفرد وطفرات الإدخال/الحذف (indel).

تعدد أشكال النوكليوتيد المفرد (SNP) أكثر المتغيرات الجينومية دراسة. وهو تغير في زوج قاعدي مفرد قد يؤثر في DNA المشفر وغير المشفر وتعبير البروتين. ودراسة الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) دراسة وراثة جزيئية تستخدم ملايين مواضع SNP في الجينوم للتحليل الجيني. وتستخدمها مؤشرات حيوية وراثية جزيئية لمقارنة المتغيرات المؤثرة في السمات المعقدة والعثور عليها. وباستخدام الراديوجينومكس، قيّم زيبولد وزملاؤه أهم عشرة مواضع SNP في أربعة جينات خلال مرحلة التكرار لدى 1883 مريضة بسرطان الثدي، ثم تحققوا منها لدى 753 مريضة، ووجدوا أن rs2682585 يرتبط بقوة بالسمية الجلدية المتأخرة والاستجابة السمية العامة 

كما وجدوا ذلك. وبالمثل، اكتشف كيرنز وزملاؤه أن جينات AGT وCOG2 وCAPN9 وARV1 وAL512328.1 وLOC101927604 قد ترتبط بالبيلة الدموية السمية الإشعاعية المتفاقمة بعد إشعاع سرطان البروستاتا.

نظرًا لتوافر علاجات محددة للمجموعات الجينومية الفرعية لسرطان الرئة غير صغير الخلايا (NSCLC)، فإن التنميط الجيني حيوي لتوجيه العلاج. وقد يوفر الراديوجينومكس أداة تقنية مهمة لتنميط الأورام جينيًا بسرعة ودون بضع. وتُعد طفرات مستقبل عامل نمو البشرة (EGFR) وإعادات ترتيب كيناز اللمفوما الكشمية (ALK) مؤشرات بيولوجية مهمة لعلاج هؤلاء المرضى بمثبطات كيناز التيروزين (TKI). وأكد Lv وزملاؤه أن انخفاض pSUVmax يرتبط بحالة EGFR الطافرة، وقد يزيد تمييز حالة الطفرة مع عوامل سريرية أخرى لدى بعض المرضى الذين يتعذر فحص EGFR لديهم. وشملت الدراسة الاستعادية 849 مريضًا لديهم تغيرات EGFR أو ALK. واستخرج تشانغ وزملاؤه باستخدام حزمة LIFEx عدد 47 سمة PET و45 سمة CT، ودمجوها مع متغيرات سريرية لبناء نموذج ذي قدرة تنبؤية مرتفعة لـ EGFR. وبالمثل، توقع تشانغ وزملاؤه طفرات EGFR من 485 سمة نسيجية كمية مستخرجة من صور CT لمرضى مجموعة التدريب، وأظهروا أداءً ممتازًا للنموذج القائم على سمات نسج الصور. وطوّر ناير وزملاؤه نموذج جينوميات تصوير لتحديد طفرات EGFR باستخدام CT و18F-FDG-PET-CT. وأظهر النموذج القائم على FDG-PET أداءً جيدًا في التمييز بين EGFR من النمط البري والطافر، بقيمة AUC مقدارها 0.8. وعمومًا، يُظهر تصوير FGD-PET وCT أداءً قويًا في تحديد طفرات EGFR وإعادات ترتيب ALK في أورام NSCLC.

يشكل تزايد حدوث سرطان القولون والمستقيم (CRC)، مع المراضة والوفيات، تحديًا علاجيًا كبيرًا. وفي السنوات الأخيرة، حظيت دراسات جينوميات التصوير المتعلقة بحالة طفرات KRAS باهتمام واسع. ولاحظ شين وزملاؤه ارتباط مورفولوجية السليلة وزيادة الطول المحوري ونسبة المحور العرضي إلى الطولي وحالة العقد اللمفاوية N2 بطفرات KRAS. ثم فُحصت في دراسة لوبنر وزملائه 77 نقيلة كبدية من CRC، ووُجد ارتباط مقاييس النسيج بدرجة الورم والمستضد السرطاني الجنيني المصلي (CEA) وحالة طفرات KRAS. ولدى 117 مريضًا، نمذج يانغ وزملاؤه وحللوا العلاقة بين الطفرات الجينية والخلفية السريرية ومرحلة الورم والتمايز النسيجي. وأشارت النتائج إلى ارتباط سمات نسج الصور بطفرات KRAS/NRAS/BRAF، وإلى أن CT قد يسهم في تحديد الأنماط الجينية لأورام CRC وتسهيل علاج أدق.

أظهرت الدراسات السابقة أن سمات التصوير التقليدي وسمات نسج الصور ذات قيمة تنبؤية جيدة للطفرات الجينية في عدة أنواع سرطانية. ورغم أنها لا يمكن أن تحل محل خزعة البنكرياس، فإنها قد تساعد في القرارات العلاجية السريرية بفضل كونها غير باضعة وقابلة للتكرار. لكن التطبيق السريري قد يكون محدودًا بسبب كثير من مواضع SNP الحساسة للإشعاع التي لم تُكتشف بعد.

مكانة تطبيقات الراديومكس في علم النسخ

يتطلب فهم الأدوار المتعددة التي قد يؤديها كل جين علم النسخ، وهو نمط تعبير الجينات على مستوى النسخ الجيني في كائن معين أو خلايا معينة تحت ظروف محددة. ويمكن استخدامه لفهم اختلافات تعبير الجينات بين الأصحاء والمرضى على نحو أفضل. ومن خلال دراسة الجينات التي تُفعّل أو تُطفأ، وفي أي مجموعات بشرية، يحصل الباحثون على دلائل حول كيفية تأثير اختلافات التعبير في تقدم المرض. ولذلك يلزم مزيد من بحث المؤشرات الحيوية النسخية لتوفير توجيه أدق لكشف السرطان. ونستعرض هنا بإيجاز دورها في أورام الدماغ والكلى.

بسبب عدم معرفة الأهمية السريرية لبعض الطفرات الشائعة، يبقى استخدامها كمؤشرات حيوية سريرية محدودًا. أما المؤشرات النسخية فطرائق متفوقة لتقسيم سرطان الخلايا الكلوية الصافية (ccRCC) إلى مجموعات جزيئية فرعية ذات معنى سريري. وطوّر بروكس وزملاؤه توقيع تعبير من 34 جينًا لتقسيم المرض الموضعي إلى فئتي خطر مرتفع ومنخفض. وطبق جمشيدي وزملاؤه خوارزمية GSEA لتحديد مسارات مسرطنة مختلفة باستخدام سمات MR. ووُجدت ارتباطات بين 34 موضعًا جينيًا تكشف تغيرات متوافقة في جرعة الجين وتعبير mRNA، ما أنتج خريطة ارتباط راديوجينومية بين MR وmRNA وCNV للورم الأرومي الدبقي. وفي دراسة أخرى، استُقصي علم النسخ بربط الأنماط التصويرية لـ 18F-فلوروكولين PET/CT بالخصائص الجزيئية في سرطان الخلايا الكبدية، ودُرست علاقته المحتملة بالبقاء. وبالمثل، أنشأ ياماموتو وزملاؤه خريطة ارتباط تربط الأنماط الظاهرية لصور MR بأنماط تعبير الجينات الشاملة في سرطان الثدي، وحددوا علاقات بين أنماط تصويرية معينة ومجموعات جينات مهمة. ووجدوا أيضًا أن سمات تعزز حواف صور MR ترتبط بثمانية جزيئات lncRNA، منها RNA المضاد للنسخ HOX (HOTAIR).

الجمع بين الراديومكس والوراثة اللاجينية

يشكل فهم كيفية توجيه التغيرات اللاجينية لنشوء السرطان مجالًا يحظى باهتمام بحثي مكثف. وبخلاف الطفرات الجينية، يمكن عكس التعديلات اللاجينية، لذا تمثل أهدافًا جذابة للتدخل. وتبدأ آليات لاجينية السرطان وتطوره، ويشجع التنوع اللاجيني أنماطًا ديناميكية لتعبير الجينات تساعد على تطور الورم وتكيفه. ويقدم الراديوجينومكس نُهجًا جديدة للعلاقات المهمة بين السمات اللاجينية والخصائص السريرية المرضية للسرطان، ويبرز إمكان عمل العلامات اللاجينية مؤشرات حيوية في الطب المخصص.

أنشأ Cen وزملاؤه نموذجًا لسرطان الخلايا الكلوية الصافية لاستقصاء العلاقات بين سمات CT ومستويات مثيلة RUNX3 والبقاء. واكتشفوا أن حدود الورم غير الواضحة والأورام اليسارية والأوعية داخل الورم تتنبأ بصورة ذات دلالة بارتفاع مثيلة RUNX3. كما أظهر كاناس وزملاؤه علاقة بين متغيرات MRI المعتادة قبل الجراحة وحالة مثيلة MGMT في الورم الأرومي الدبقي.

عمومًا، قد يوفر فهم أفضل للآليات اللاجينية والتفاعلات بين الأوميكس اللاجينية والراديومكس رؤى جديدة لتطوير استراتيجيات الراديوجينومكس.

التطبيقات السريرية

منذ بداية هذا العقد، حققت أبحاث الراديوجينومكس تقدمًا ملحوظًا، وأبرزت إمكان تحسين الرعاية السريرية بدرجة كبيرة. ولأن هذا المجال لا يزال في مهده، لم تتحقق بعد كامل إمكاناته في التطبيق السريري. ومع ذلك، أظهرت دراسات كثيرة نتائج واعدة في التطبيقات السريرية المبكرة. وقد بحثنا بين عامي 2017 و2022 في قاعدتي PubMed وWeb of Science عن المقالات ذات الصلة التي يزيد معامل تأثيرها (IF) على 5.

العلاقة بين الأنماط الظاهرية التصويرية والجزيئية

الحصول على نمط ظاهري جزيئي دقيق شرط مسبق للعلاج الموجه. وبسبب تغاير الأورام الخبيثة، يصعب أن تعكس قطع النسيج الصغيرة المأخوذة بالخزعة طفرات جينات الورم بدقة. ويهدف الراديوجينومكس إلى تحسين ذلك بكشف العلاقة بين سمات التصوير، أي النمط الظاهري التصويري، والواسمات الجزيئية للأورام، أي النمط الظاهري الجزيئي.

لكشف طفرات IDH1 أهمية تشخيصية وإنذارية كبيرة في الورم الدبقي. ويمكن تصنيف GBM بحسب حالة نازعة هيدروجين الإيزوسيترات (IDH) إلى نمط بري أو طافر. واستخدمت غالبية الأبحاث تصوير MR لتوقع حالة IDH مع نجاحات متواضعة. وطبقت الدراسة الحالية طرائق تعلم الآلة باستخدام العوامل السريرية وسمات MRI متعددة الأنماط لتوقع الأنماط الجينية لـ IDH في الأورام الدبقية عالية الدرجة. فمثلًا، أنشأ تشانغ وزملاؤه مصنف غابة عشوائية باستخدام البيانات السريرية وسمات التصوير متعدد الأنماط قبل الجراحة. وطبق تشانغ وزملاؤه أيضًا التعلم العميق للاستفادة من MR التقليدي في توقع النمط الجيني لـ IDH بصورة غير باضعة في أورام الدرجة II-IV. وقد يحمل هذا النموذج إمكانات كأداة غير باضعة مكملة لأخذ عينات النسيج الباضع، ويسهل تدبير المرض في مرحلة أبكر وخلال المتابعة.

اقترح بيرو وزملاؤه أولًا الأنماط الجزيئية الفرعية لسرطان الثدي، ومنها اللمعي A واللمعي B والغني بـ HER2 والشبيه بالقاعدي (الشكل 2)، لتفسير اختلافات الاستجابة للعلاج ونتائج المرضى. وأكدت دراسات لاحقة كثيرة أهميتها السريرية وأن قرارات العلاج الكيميائي والهرموني والموجه لـ HER2 تتوافق معها جزئيًا. ودرس مازوروفسكي وزملاؤه 48 مريضة من أرشيف صور السرطان، واستخرجوا 23 سمة DCE-MRI أظهرت ارتباط خصائص التعزز الديناميكي بسرطان الثدي اللمعي B. ويميل هذا النمط إلى ارتفاع نسبة تعزز الآفة مقارنة بنسبة التعزز البرانشيمي الخلفي. ووجد لايتنر وزملاؤه أن سمات DWI، مثل المدرجات التكرارية من الرتبة الأولى ومصفوفات التشارك الرمادي، قد تحدد حالة المستقبلات والأنماط الجزيئية بدقة أكبر للنمطين اللمعي B والغني بـ HER2. وميز شيه وزملاؤه سرطان الثدي الثلاثي السلبي عن الأنماط الأخرى باستخدام MR متعدد المستويات وتحليل مدرج الورم التكراري، مع دقة جيدة في التفريق عن النمط اللمعي A والغني بـ HER2. واستقصى ديلورينزو وزملاؤه قيمة التعزز البرانشيمي الخلفي (BPE) في MRI للتشخيص التفريقي للأنماط المختلفة، وأظهروا أن BPE الخفيف يشير إلى اللمعي B أو السلبي لـ HER2، بينما يشير BPE الشديد إلى السرطان الثلاثي السلبي.

أدت رؤى بيولوجية جديدة إلى تحديد أربع مجموعات جزيئية فرعية للورم الأرومي النخاعي (MB): القنفذ الصوتي (SHH)، وعديم الأجنحة (WNT)، والمجموعة 3 والمجموعة 4. وارتبطت سمات التصوير التقليدي المستمدة من MRI متعدد المعلمات قبل الجراحة بهذه المجموعات، وأتاحت بناء مخططات تنبؤية خاصة بالمجموعة بدقة متفاوتة. ويمكن للمخططات القائمة على MRI متعدد المعلمات قبل الجراحة توقع النمطين الجزيئيين SHH والمجموعة 4 بصورة موثوقة. وطوّر يان وزملاؤه نماذج تعلم آلة لتوقع المجموعات الجزيئية الفرعية، وأظهرت النتائج أن هذه الخوارزميات تحمل إمكان توقعها دون بضع.

استخدام الراديوجينومكس لتقييم فعالية علاجات الأورام وتحديد خيارات العلاج

تحقق في السنوات الأخيرة تقدم غير مسبوق في أبحاث الراديوجينومكس، وأُظهر إمكان توقع الاستجابات لعلاجات متنوعة، مثل الكيميائي والإشعاعي والموجه والمناعي، بدقة باستخدام سمات صور الأنسجة الورمية.

العلاج المناعي

تُدرس وتُطبق جينوميات تصوير 18F-FDG-PET/CT بشكل متزايد لتوقع تعبير PD-1/PD-L1. وأظهرت دراسات حديثة أن درجة التعلم العميق (DLS) قد تحل محل قياس PD-L1 المحدد بالكيمياء النسيجية المناعية (IHC) لتوجيه القرارات العلاجية الفردية. وبالمثل، أظهر دال أوليو وزملاؤه أن الحجم الورمي الأيضي الكلي (tMTV) ≥ 75 cm3 لدى مرضى NSCLC المتقدم قد يكون مؤشرًا حيويًا لسوء الإنذار لدى مرتفعي تعبير PD-L1. وقد تفيد هذه المعلومات في تحديد من يمكن أن يستفيد من إضافة الكيميائي إلى بيمبروليزوماب.

العلاج الجهازي التمهيدي

العلاج الجهازي التمهيدي (NST) رعاية معيارية لسرطان الثدي الموضعي والمتقدم، إذ يقلص الورم ويزيد فرص الجراحة المحافظة على الثدي. لكن قلة فقط من مرضى سرطان الثدي يستفيدون منه، لأن بعض الآفات العدوانية بيولوجيًا قد لا تُضبط بفعالية بعده. لذا فإن تحديد المستفيدين المحتملين حاسم. وترتبط الاستجابة المرضية الكاملة (pCR) ارتباطًا وثيقًا بإنذار إيجابي طويل الأمد، ويمكن استخدامها مؤشرًا لتقييم فعالية NST. وتوقع تسوكادا وزملاؤه ما إذا كانت أنواع الأورام ستحقق pCR بعد إتمامه، وكشفوا ارتباط سمتين مستمدتين من MRI، هما اتجاه نمو الورم ونسبة المحيط، بهذه الاستجابة. وأظهرت الدراسة أن الأورام النامية باتجاه رباط كوبر وذات نسبة محيط سريعة في MRI متعدد المستويات قبل العلاج تتنبأ بـ pCR. واستخدم كيم وزملاؤه البقاء دون نكس لتقييم إنذار سرطان الثدي، واكتشفوا أن المرضى ذوي الإنتروبيا المرتفعة، أي التغاير المرتفع، في T2WI لديهم بقاء دون نكس أقل بدرجة ذات دلالة.

العلاج الإشعاعي

خلال العلاج الإشعاعي، يستطيع الراديوجينومكس دعم القرار السريري بنموذج متكامل يشمل بُعدي التصوير والوراثة. وأظهرت دراسات كثيرة أنه قد يتوقع الآثار الجانبية لإشعاع السرطان ويساعد، بتحديد الواسمات الجينية، على اختيار أفضل نظام لتعظيم نتائج العلاج. كما تطورت تقنيات الإشعاع اليوم من ثنائية الأبعاد إلى ثلاثية الأبعاد، بل رباعية الأبعاد، وتطور توزيع الجرعة من جرعة نقطية إلى توزيع حجمي. وتعتمد هذه التقنيات الجديدة على كميات كبيرة من بيانات التصوير. وتوفر تقنيات الراديومكس توصيفًا ظاهريًا تصويريًا مفصلًا ودقيقًا، فتُظهر التغاير داخل الورم في طيف واسع من الأورام الصلبة. ويسهم دمج التوصيف متعدد الأوميكس في النموذج الفيزيائي أيضًا في توجيه فيزيائيي الإشعاع لتحسين بروتوكولات إعادة التشعيع في العلاجات الموجهة.

توقع الاستجابة الدوائية والمقاومة المحتملة

يمكن استخدام الراديوجينومكس أيضًا لتوقع الاستجابة الدوائية والمقاومة المحتملة لتوجيه العلاج الفردي للأورام. وفي 2007، وجد كو وزملاؤه علاقة قوية بين مظاهر تصويرية محددة في CT المعزز وحساسية سرطان الخلايا الكبدية للأدرياميسين. ولا يتطلب الطب الدقيق تحديد أهداف قابلة للتعديل للمراقبة والعلاج فقط، بل تطوير تقنية موثوقة غير باضعة لكشف تغيراتها مع الزمن. ويدعم الراديوجينومكس إنشاء برامج علاج مخصصة بتوفير معلومات جينية فوكسلًا بفوكسل لورم متغاير واحد أو لمجموعة من السرطانات في حالة المرض النقيلي.

توقع الإنذار والنكس بنماذج الراديوجينومكس كمؤشرات حيوية سريرية

إن إنشاء واسمات راديوجينومية بجمع سمات التصوير والوراثة وعلم الأمراض يكشف العلاقة بين التصوير ونتائج المرضى، ويسرع إدماج الراديوجينومكس في الممارسة السريرية. ويقوي تطوير مؤشرات تصويرية بديلة قدرة الأطباء على توقع النتائج المهمة سريريًا. والغزو الوريدي الراديوجينومي (RVI) مؤشر حيوي بـ CT المعزز بالمادة الظليلة (CECT) للغزو الوعائي المجهري (MVI). واكتشف بانيرجي وزملاؤه ارتباط RVI في CECT قبل الجراحة بسوء البقاء الكلي (OS) والنكس المبكر. وقد يفيد في تحديد الأشخاص الذين يُستبعد أن يستفيدوا طويلًا من الجراحة.

توقع الإنذار والاستجابة للعلاج باستخدام الراديوجينومكس

يُعد توقع الإنذار والاستجابة للعلاج من أكثر التطبيقات السريرية الواعدة للراديوجينومكس. فهو أداة قوية لتوقع نتائج العلاج ودعم قراراته بدمج خصائص الورم مع البيانات الجينومية.

سرطان البروستاتا

يستطيع الراديوجينومكس في تشخيص سرطان البروستاتا توقع تقدم المرض والاستجابة العلاجية باستخدام MRI متعدد المعلمات (mpMRI) مع البيانات الجينية المستندة إلى الخزعات. ووجد وو وزملاؤه ارتباطًا قويًا بين البيانات الراديوجينومية المستمدة من mpMRI ودرجة غليسون ونتائج خزعات سرطان البروستاتا. ويشير ذلك إلى إمكان دوره المهم في التشخيص والتدبير.

أورام الدماغ

في علاج الورم الأرومي الدبقي (GBM)، يُعد استخدام الراديوجينومكس حيويًا لفهم تغاير الورم وإنشاء خطط علاج مخصصة. ويمكن استخدام نماذج تجمع صور MRI والبيانات الجينومية لتوقع الاستجابة ونتائج المرضى. وطوّر كاريو وزملاؤه نموذجًا يتوقع البقاء الكلي لمرضى GBM باستخدام صور MR قبل الجراحة والبيانات الجينومية. ويحمل هذا النموذج إمكان تحسين استجابتهم للعلاج وإنذارهم طويل الأمد.

سرطان الثدي

يُستخدم الراديوجينومكس أيضًا لتوقع الاستجابة العلاجية وتطوير استراتيجيات مخصصة في سرطان الثدي. وقد جُمعت البيانات الجينومية السائلة وسمات تصوير MR لتوقع استجابة المرضى للعلاج الكيميائي التمهيدي. وأظهر ساتون وزملاؤه أن نموذجًا يجمع سمات MR والبيانات الجينومية قادر على توقع الاستجابة لدى مرضى سرطان الثدي، ما يؤكد أهميته في تخطيط العلاج.

سرطان القولون والمستقيم

يوفر استخدام الراديوجينومكس في علاج سرطان القولون والمستقيم (CRC) معلومات قيّمة لتوقع الاستجابة وتقدم المرض. وطوّر لوبنر وزملاؤه نموذجًا يتوقع الاستجابة باستخدام البيانات الجينية وسمات التصوير لدى هؤلاء المرضى. ويحمل النموذج إمكان تحسين استجابتهم للعلاج الكيميائي وإنذارهم طويل الأمد.

سرطان الرئة

يستطيع الراديوجينومكس في سرطان الرئة توقع الاستجابة وتخطيط العلاج بدمج البيانات الجينية والتصويرية. وتُستخدم بياناته لتوقع استجابة المرضى للعلاجات الموجهة. وأظهر وي وزملاؤه أن نموذجًا يجمع سمات تصوير PET/CT والبيانات الجينومية قادر على توقع الاستجابة والإنذار لدى مرضى سرطان الرئة، ما يبرز أهميته في العلاج.

النتيجة والآفاق المستقبلية

يبرز الراديوجينومكس مكونًا مهمًا للطب المخصص في علاج السرطان. فمن خلال جمع بيانات التصوير والجينوميات، يوفر أداة قوية لفهم تغاير الورم وتوقع الاستجابة وتحسين خطط علاج المرضى. ويُتوقع مستقبلًا مزيد من تطوير تطبيقاته وانتشارها في الممارسة السريرية.

يحمل الراديوجينومكس إمكان إحداث ثورة في أبحاث السرطان والممارسة السريرية. وسيسهم تقدمه في تطوير علاجات أدق وأكثر فعالية وتحسين جودة حياة المرضى. وسيؤدي دورًا مهمًا في مستقبل الطب المخصص لعلاج السرطان.

الراديوجينومكس: التوجهات المستقبلية والتحديات

يجب تجاوز تحديات متعددة لتوسيع الراديوجينومكس وقبوله سريريًا، وتشمل دمج البيانات والتوحيد والتحقق والمسائل الأخلاقية.

دمج البيانات

ينتج الراديوجينومكس كميات هائلة من البيانات، ويشكل دمجها وتحليلها تحديًا كبيرًا. وتلزم تقنيات حوسبة متقدمة لإقامة الروابط بين البيانات الجينومية والصور الشعاعية والمعلومات السريرية. ويجب إدارة هذه العملية بعناية لضمان دقة البيانات وموثوقيتها.

التوحيد

يلزم توحيد بيانات الراديوجينومكس لتسهيل مقارنتها وتبادلها بين مجموعات البحث والعيادات المختلفة. وسيسرع توحيد طرائق جمع البيانات ومعالجتها وتحليلها إدماج هذا المجال في الممارسة السريرية.

التحقق

يجب التحقق الشامل من نماذج الراديوجينومكس قبل استخدامها سريريًا. وتلزم دراسات سريرية واسعة النطاق متعددة المراكز لضمان موثوقيتها ودقتها. وعملية التحقق هذه مهمة لتقييم أداء النماذج في ظروف العالم الواقعي.

المسائل الأخلاقية

يرافق استخدام بيانات الراديوجينومكس تحديات متعددة تتعلق بالخصوصية والأخلاق. وأمن بيانات المرضى وسريتها حاسمان في أبحاث هذا المجال وتطبيقاته. ولذلك يجب تطبيق قواعد حماية البيانات والأخلاق بدقة.

التوجهات المستقبلية

ستسهم التوجهات المستقبلية لأبحاث الراديوجينومكس في مزيد من تقدم الطب المخصص. وفيما يلي بعض هذه التوجهات:

الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة

سيسرع استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي (AI) وتعلم الآلة (ML) في الراديوجينومكس تحليل البيانات وتفسيرها بدرجة كبيرة. وسيتيحان معالجة المعلومات المستمدة من بياناته بدقة وسرعة أكبر، بما يدعم القرارات السريرية.

النُهج متعددة الأوميكس

سيصبح الراديوجينومكس أشمل وأكثر فعالية عند جمع البيانات الجينومية مع البروتيوميات والميتابولوميات وغيرها من بيانات الأوميكس. وستحسن النُهج متعددة الأوميكس استراتيجيات العلاج المخصص بإتاحة فهم أعمق لبيولوجيا السرطان.

التصوير وتخطيط العلاج في الوقت الحقيقي

يمكن استخدام الراديوجينومكس في عمليات التصوير وتخطيط العلاج في الوقت الحقيقي، لمراقبة استجابة المرضى في كل مرحلة وتحسين خططهم العلاجية. وقد تحسن بياناته الآنية جودة حياة المرضى بزيادة فعالية العلاج.

الانتشار الواسع في الممارسة السريرية

سيبدأ استخدام نتائج أبحاث الراديوجينومكس على نطاق أوسع في الممارسة السريرية. وسيسهم ذلك في انتشار الطب المخصص لعلاج السرطان وتحسين نتائج علاج المرضى.

التعاون الدولي

للتعاون الدولي أهمية كبيرة في نجاح أبحاث الراديوجينومكس. وسيتيح تبادل البيانات والتعاون بين الباحثين والعيادات من بلدان مختلفة تقدم هذا المجال بسرعة أكبر.

الخلاصة

يتطور الراديوجينومكس سريعًا بوصفه أحد المكونات الرئيسية للطب المخصص في علاج السرطان. ويوفر دمج بيانات التصوير والجينوميات أداة قوية لفهم تغاير الورم وتوقع الاستجابة وتحسين خطط علاج المرضى. ويحمل إمكان إحداث ثورة مستقبلًا في علاج السرطان، وتحسين جودة حياة المرضى والإسهام في تطوير استراتيجيات علاجية أدق.

سيستمر الراديوجينومكس في أداء دور مهم في مستقبل الطب المخصص. وستسهم الأبحاث والتطبيقات السريرية في هذا المجال في تطوير نُهج أكثر فعالية واستهدافًا لعلاج السرطان.