Lesion detection and classification in breast cancer: evaluation of approaches based on morphological features, tracer kinetic modelling and semi-quantitative parameters in MR functional imaging (DCE-MRI)

The diagnosis, grading and classification of tumours has benefited considerably from the development of DCE-MRI which is now essential to the adequate clinical management of many tumour types due to its capability in detecting active angiogenesis. Several strategies have been proposed for DCE-MRI evaluation. Visual inspection of contrast agent concentration curves vs time is a very simple yet operator dependent procedure, therefore more objective approaches have been developed in order to facilitate comparison between studies. In so called model free approaches, descriptive or heuristic information extracted from time series raw data have been used for tissue classification. The main issue concerning these schemes is that they have not a direct interpretation in terms of physiological properties of the tissues. On the other hand, model based investigations typically involve compartmental tracer kinetic modelling and pixel-by-pixel estimation of kinetic parameters via non-linear regression applied on region of interests opportunely selected by the physician. This approach has the advantage to provide parameters directly related to the pathophysiological properties of the tissue such as vessel permeability, local regional blood flow, extraction fraction, concentration gradient between plasma and extravascular-extracellular space. Anyway, nonlinear modelling is computational demanding and the accuracy of the estimates can be affected by the signal-to-noise ratio and by the initial solutions. The principal aim of this thesis is investigate the use of semi-quantitative and quantitative parameters for segmentation and classification of breast lesion. The objectives can be subdivided as follow: describe the principal techniques to evaluate time intensity curve in DCE-MRI with focus on kinetic model proposed in literature; to evaluate the influence in parametrization choice for a classic bi-compartmental kinetic models; to evaluate the performance of a method for simultaneous tracer kinetic modelling and pixel classification; to evaluate performance of machine learning techniques training for segmentation and classification of breast lesion.

Outcome analysis of predictors in locally advanced pancreatic cancer

Guidelines report a wide range of options in locally advanced pancreatic cancer (LAPC): definitive chemotherapy or chemoradiotherapy or the emerging stereotactic body radiotherapy (SBRT) (+/- chemotherapy). On behalf of the AIRO (Italian Association of Radiation Oncology and Clinical Oncology) Gastrointestinal Study Group, we collected retrospective clinical data on 419 LAPC from 15 Italian centers. The study protocol (PAULA-1: Pooled Analysis in Unresectable Locally Advanced pancreatic cancer) was approved by institutional review board of S. Orsola-Malpighi Hospital (201/2015/O/OssN). From this large database we performed tree different studies. The first was a retrospective study about 56 LAPC treated with SBRT at a median biologically equivalent dose of 48 Gy +/- chemotherapy. We demonstrated a statistically significant impact of biologically equivalent dose based on an α/β ratio of 10Gy ≥ 48Gy for local control (LC) (p: 0.045) and overall survival (p: 0.042) in LAPC. The second was a retrospective matched-cohort case-control study comparing SBRT (40 patients) and chemoradiation (40 patients) in LAPC in terms of different endpoints. Our findings suggested an equivalence in terms of most outcomes among the two treatments and an advantage of SBRT in terms of LC (p: 0.017). The third study was a retrospective comparison of definitive chemotherapy, chemoradiotherapy and SBRT (+/- chemotherapy) in terms of different outcomes in LAPC. A predictive model for LC in LAPC was also developed reaching an AUC of 68% (CI 58,7%-77,4%). SBRT treatment emerged as a positive predictive factor for improved LC. Findings deriving from our three studies suggest that SBRT is comparable to standard of care (definitive chemotherapy and chemoradiotherapy) in terms of outcomes. SBRT seems to be an emerging therapeutic option in LAPC significantly improving local control. Furthermore, we have shown the potential of a predictive model for LC. Randomized trials are needed to compare these different therapeutic options in LAPC.

"Lesion journey" nell'idrosadenite suppurativa: correlazione clinica e ultrasonografica

Introduzione: L'idrosadenite suppurativa (HS) è una malattia immuno-mediata che colpisce i follicoli piliferi situati principalmente nelle aree ricche di ghiandole apocrine. Materiali e metodi: È stato condotto uno studio osservazionale prospettico monocentrico finalizzato a correlare i parametri clinici ed ecografici con: l'evoluzione delle lesioni, la probabilità di riacutizzazione o di andare incontro ad un trattamento chirurgico/laser-CO2. Risultati: Sono stati reclutati sessantuno pazienti con un'età media pari a 29,5 ± 7,5 anni che presentavano un numero basale di 127 noduli infiammatori, 43 ascessi e 62 fistole. Dopo un tempo medio di 77,9 settimane, rispettivamente il 40%, 14%, 8% di noduli, ascessi e fistole erano guariti, il 5%, 30%, 29% persistevano privi di infiammazione, il 47%, 33%, 63 % presentava uno stato infiammatorio, e l'8% e il 23% dei noduli e degli ascessi erano evoluti in fistole. Sono stati registrati 137 episodi di flare nelle lesioni acute (noduli + ascessi) e 54 nelle lesioni croniche (fistole), mentre il numero di interventi procedurali è stato rispettivamente pari a 59 e 50. I fattori predittivi associati ad un'evoluzione sfavorevole (stato infiammatorio o cronicizzazione) per ascessi e noduli sono stati: evidenza ecografica di frammenti piliferi intralesionali, elevato segnale Power Doppler (PD) ed edema all'ecografia, profondità della localizzazione ed interessamento genitale; i predittori associati alle fistole sono stati: profondità della localizzazione, edema e dimensioni della lesione. La probabilità che una lesione acuta venisse sottoposta ad un intervento procedurale è stata correlata a: età, presenza di frammenti piliferi, segnale PD, edema e profondità della localizzazione; per le fistole l'unico predittore indipendente è stato la dimensione. I predittori di riacutizzazione della patologia per ascessi e noduli sono stati: giovane età all'esordio, segnale PD, evidenza ecografica di frammenti follicolari, profondità della localizzazione e dimensioni; per le fistole i predittori sono stati: localizzazione ascellare, profondità della localizzazione, edema e dimensione.

Analysis of extracellular vesicles from patients with advanced pancreatic cancer identifies miRNAs with predictive value for treatment with gemcitabine + nab-paclitaxel

Pancreatic cancer (PC) is the seventh leading cause of cancer death. Despite recent therapy advancements, 5-year survival is 11%. Resistance to therapy is common, and no predictive factors, except for BRCA1/2 and PALB2 mutations, can drive treatment selection. Based on the easy isolation of extracellular vesicles (EVs) from blood and the role of EV-borne miRNAs in chemoresistance, we analyzed EVs and their miRNA content in order to identify predictive factors. First, we analyzed samples from 28 PC patients and 7 healthy subjects, in order to establish methods for isolation and analysis of EVs and their miRNA content. We observed a significantly different expression of 28 miRNAs, including oncogenic or tumor suppressor miRNAs, showing the ability of our approach to detect candidate biomarkers. Then, we analyzed samples of 21 advanced PC patients, collected before first-line treatment with gemcitabine + nab-paclitaxel, and compared findings in responders and non-responders. EVs have been analyzed with Nanoparticle tracking analysis, flow cytometry and RNA-Seq; then, laboratory results have been matched with clinical data. Nanoparticle tracking analysis did not show any significant difference. Flow cytometry showed a lower expression of SSE4 and CD81 in responders. Finally, miRNA analysis showed 25 upregulated and 19 downregulated miRNAs in responders. In particular, in responders we observed upregulation of miR-141-3p, miR-141-5p, miR-200a-3p, miR-200b-3p, miR-200c-3p, miR-375-3p, miR-429, miR-545-5p. These miRNAs have targets with a previously reported role in PC. In conclusion, we show the feasibility of the proposed approach to identify EV-derived biomarkers with predictive value for therapy with gemcitabine + nab-paclitaxel in PC. Our findings highlight the possibility to exploit liquid biopsy for personalized treatment in PC, in order to maximize chances of response and patients’ outcome. These findings are worthy of further investigation: in the same setting, with different chemotherapy schedules, and in different disease settings such as preoperative therapy.

Studio pancreatic cystic follow-up, an international collaboration (PACYFIC study). Valutazione prospettica della sorveglianza delle cisti pancreatiche basato sulla consensus Europea sui tumori cistici del pancreas.

Introduzione Nel 2014 è stato proposto un protocollo di studio riguardante la sorveglianza delle lesioni cistiche del pancreas (intese come IPMN) e denominato PACYFIC Study. Obiettivi Obiettivo primario era di stabilire l’impatto di un programma di sorveglianza in termini di pazienti arruolati e pazienti con indicazione chirurgica. Obiettivi secondari erano: 1) stabilire l’impatto dei fattori demografici, clinici, radiologici e della strategia di sorveglianza sull’indicazione chirurgica, sulla capacità individuare le lesioni maligne, sulla sopravvivenza. Materiali e Metodi Lo studio su cui si è basata la raccolta dei dati è uno studio di tipo prospettico, di coorte, multicentrico, internazionale. Lo studio ha incluso gli individui con una IPMN, di nuova o pregressa diagnosi, che giustifichi una sorveglianza o il trattamento chirurgico. I dati clinici, demografici, radiologici e chirurgici sono stati raccolti in un database prospettico. Le variabili discrete sono state espresse come frequenza e percentuale. Le continue come medie e deviazioni standard o mediane e range interquartile (IQR). Per l’analisi statistica sono stati utilizzati il test di Fischer, il test del Chi quadro, il test di Spearman, il test di Student. L’analisi multivariata è stata eseguita utilizzando la regressione logistica espressa come Odds Ratio e intervallo di confidenza al 95 %. Per la sopravvivenza è stato utilizzato il metodo di Kaplan-Meier. L’analisi multivariata sulle sopravvivenze è stata eseguita mediante la regressione di Cox. Risultati Il protocollo di sorveglianza ha permesso l'arruolamento di 516 pazienti. 53 pazienti hanno raggiunto l'indicazione chirurgica. La sopravvivenza globale della coorte è stata di 326.8± 9.1 mesi. I fattori predittivi la sopravvivenza sono risultati età (OR 1.07, P-value<0.001), sesso (OR 1.82, P-value=0.006), ittero, noduli murali (OR 4.84, P-value=0.018 e OR 2.19, P-value=0.016), chirurgia (OR 0.46, P-value 0.038). Conclusioni L'introduzione del protocollo di sorveglianza ha portato ad un aumento di identificazione di lesioni e ha avuto impatto sulla sopravvivenza