Preoperative Evaluation of Ovarian Tumors

Abstract

Munasarjakasvaimet ovat ryhmä hyvin erilaisia kasvaimia viattomasta hyvänlaatuisesta kasvaimesta aggressiiviseen syöpään. Ne ovat usein sattumalöydöksiä oireettomilla naisilla, jopa levinneessä syövässä. Diagnostiikan kulmakivi on emättimen kautta tehtävä ultraäänitutkimus yhdistettynä verestä mitattaviin merkkiaineisiin, joista perinteisesti käytetyin on CA125-merkkiaine. Oikea ja mahdollisimman varhainen diagnoosi vaikuttaa kasvaimen hoitolinjoihin ja ennusteeseen, joka heikkenee merkittävästi levinneessä syövässä verrattuna alkuvaiheen munasarjasyöpään. Riittävän laaja leikkaushoito on merkittävin munasarjasyövän ennusteeseen vaikuttava tekijä. Toisaalta hyvänlaatuisten kasvaimien kohdalla konservatiivinen seurantalinja voi olla riittävä hoito, jolloin voidaan välttää turhia leikkausriskejä.

Väitöskirjan tavoitteena oli tutkia kehittyneempiä ultraäänitutkimusmenetelmiä ja -luokitteluja verrattuna perinteiseen kaksiulotteiseen ultraäänitutkimukseen, sekä etsiä uusia menetelmiä ja mahdollisia merkkiaineita munasarjakasvaimien erotusdiagnostiikkaan. Ensimmäisessä osatyössä tutkittiin 100 vähintään 50- vuotiasta naista, jotka odottivat munasarjakasvaimen vuoksi tehtävää leikkausta. Naiset tutkittiin ennen leikkausta kolmiulotteisella ultraäänitutkimuksella sekä moderneilla kaksiulotteiseen ultraäänitutkimukseen perustuvilla luokitteluilla, ja löydöksiä verrattiin keskenään. Mikään menetelmä ei ollut parempi kuin kokeneen ultraäänitutkijan oma arvio (ns. expert opinion) kaksiulotteisesta ultraäänitutkimuksesta. Kolmiulotteinen ultraäänitutkimus ei tuonut merkittävää lisäarvoa perinteisiin menetelmiin verrattuna. Jälkikäteen toinen kokenut ultraäänitutkija arvioi samat potilaat tallennettujen ultraäänikuvien perusteella, ja löydösten arviointi oli hyvin yhteneväistä tutkijoiden kesken.

Tutkimuksia laajennettiin keräämällä ennen leikkausta 71 munasarjakasvain- ja 22 kontrollipotilailta virtsanäytteitä, joista analysoitiin ja mitattiin nestekromatografiamassaspektrometrialla polyamiineja. Polyamiinit ovat nisäkässoluissa esiintyviä mm. solujen kasvulle välttämättömiä molekyylejä, joiden on todettu liittyvän myös karsinogeneesiin. Erityisesti asetyloituneiden polyamiinien kohonneita pitoisuuksia elimistön nesteissä on todettu useissa syövissä. Toisessa osatyössä osoitettiin ensimmäistä kertaa diasetyloituneen spermiinin (DiAcSpm) pitoisuuden olevan kohonneen myös munasarjasyöpäpotilaiden virtsassa verrattuna kontrolleihin ja naisiin, joilla on hyvänlaatuinen munasarjakasvain. Korkeimmat virtsan DiAcSpmpitoisuudet mitattiin potilailla, joilla oli huonosti erilaistunut ja levinnyt munasarjasyöpä (high-grade syöpä). Virtsan DiAcSpm oli tutkimuksessa jopa herkempi merkkiaine kuin yleisesti käytetty seerumin CA125 raja-arvolla 35 U/ml (86.5% vs. 75.7%).

Koirakokeissa on todettu, että koulutettu koira tunnistaa hajuaistin avulla syöpäkudoksen ja syöpäpotilaan eritteet. Nykyteknologia mahdollistaa analytiikan, jolla näytteen sisältämien orgaanisten yhdisteiden muodostama hajuspektri analysoidaan mm. koneellisen nenän (elektroninen nenä, eNose) avulla. Kolmannessa osatyössä virtsanäytteet (51 munasarjakasvain- ja 18 kontrollipotilailta) tutkittiin FAIMS (field asymmetric waveform ion mobility spectrometry)- teknologialla, joka on ionimobiliteettispektrometrian muunnelma sijoittuen massaspektrometrian ja elektronisen nenän välimaastoon. FAIMS-teknologian avulla munasarjasyöpäpotilaiden virtsa erotettiin kontrollien sekä hyvänlaatuisten kasvainpotilaiden virtsasta 81.3%:n ja 77.3%:n tarkkuuksilla. High-grade munasarjasyöpää sairastavien potilaiden virtsa oli erotettavissa varhaisvaiheen (lowgrade) munasarjasyöpää sairastavien naisten virtsasta, joka puolestaan erosi hyvänlaatuisten kasvainpotilaiden virtsasta.

Munasarjasyövän metaboliatutkimuksissa on todettu muutoksia myös rasvaaineiden (lipidi) aineenvaihdunnassa syöpäpotilailla. On kuitenkin ollut epäselvää, mitkä lipidiryhmät muuttuvat erityisesti. Aiemmassa suomalais-saksalaisessa tutkimuksessa todettiin lähes kaikkien lipidien pitoisuuden laskevan high-grade seröösiä munasarjasyöpää sairastavien potilaiden veressä verrattuna naisiin, joilla oli hyvänlaatuinen gynekologinen sairaus. Neljännessä osatyössä lipidiaineenvaihdunnan muutoksia tutkittiin 354 verinäytteestä, jotka oli otettu varhais- ja levinneen vaiheen sekä erilaisia syöpäkasvaintyyppejä (muitakin kuin seröösi) sairastavilta munasarjasyöpäpotilailta ja hyvänlaatuista gynekologista sairautta sairastavilta naisilta. Yhteensä 39 lipidiä oli samansuuntaisesti ja pääosin tilastollisesti merkitsevästi muuttunut sekä varhais- että myöhäisasteen syövissä, ja 23 näistä lipideistä oli muuttunut myös kaikissa kasvaintyypeissä. Pääosin lipidipitoisuudet olivat vähentyneet syöpäpotilaiden veressä verrattuna eisyöpäpotilaiden verinäytteisiin. Vain yksi keramidi (Cer[d18:1/18:0]) ja triasyyliglyseroli (TAG[18:1/18:1/20:4]) olivat kohonneet kaikissa levinneisyysasteissa ja kudostyypeissä. Lipidiyhdistelmät yhdessä seerumin CA125- pitoisuuden kanssa paransivat diagnostista osuvuutta yksittäiseen CA125-arvoon verrattuna.

Kokeneen tutkijan oma arvio kasvaimen laadusta perinteisessä kaksiulotteisessa ultraäänitutkimuksessa on edelleen luotettavin ultraäänitutkimusmenetelmä munasarjakasvaimien laatua arvioitaessa. Virtsan polyamiinien mittaaminen, FAIMSteknologia ja seerumin lipidiprofiilin tutkiminen ovat lupaavia uusia objektiivisia tutkimusmenetelmiä munasarjakasvainten arvioinnissa.

Ovarian tumors involve a wide range of neoplasms, from innocuous benign tumors to aggressive cancers. Not seldom are they found by chance, without any notable symptoms, and, as cancers, they may already have metastasized at that point. The diagnostic golden standard includes vaginal ultrasound (US) along with serum biomarkers, traditionally CA125, to assess tumor characteristics. The correct preoperative diagnosis of cancer is essential, as it allows a prompt referral to a center, where the operations are performed by gynecologic oncologists. In ovarian cancer (OC), effective and correct primary surgery is the most important prognostic factor. On the other hand, conservative follow-up may be sufficient for benign tumors. Against this background, the aim of this thesis was to study advanced US modalities and to discover new possible biomarkers or methods to distinguish ovarian pathology preoperatively. First, we examined 100 at least 50-year-old women scheduled for surgery with an unclear ovarian tumor using traditional US and comparing it to various US scoring methods and three-dimensional ultrasound (3D US) with power Doppler (PD). The findings were compared with the results of examinations made by another experienced US examiner and also with histopathological diagnoses. None of the advanced US methods exceeded the accuracy of the subjective opinion of an expert. In addition, the 3D US with PD added no significant value to traditional methods. However, the results produced by two examiners were in good agreement.

To extend our investigation, we collected urine samples from 71 women with indefinite adnexal masses and from 22 controls, and analyzed urinary polyamines using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Polyamines are naturally occurring components of all mammalian cells and have many functions, including cell growth. They are linked to carcinogenesis, and especially their diacetylated forms are found to be elevated in many cancers, although not previously in OC. In Study II, we showed that diacetylated spermine (DiAcSpm) was significantly elevated in urine from OC patients. While the levels of DiAcSpm differed even between low-stage OCs and benign ovarian tumors, the highest levels were found in high-grade OCs. Urinary DiAcSpm was even more sensitive than serum CA125 with its commonly used cutoff value (35 U/mL): their respective sensitivities were 86.5% and 75.7%.

Based on previous experiments on the ability of dogs to detect the odor of cancer, urine samples (60 from women with adnexal tumors and 18 from controls) were also examined using field asymmetric waveform ion mobility spectrometry (FAIMS), a novel artificial olfactory technology. In our proof-of-concept Study III, we used FAIMS to differentiate between ovarian malignancy and benign tumors or controls with respective accuracies of 77.3% and 81.3%. When only high-grade cancers were taken into account, the accuracy in distinguishing them from low-grade cancers was 88.7%. Even low-grade cancers were differentiated from benign tumors with an accuracy of 83.9%.

Metabolic alterations, including lipid changes, in blood and tissues are associated with OC. However, it is unclear which specific lipids or lipid species are altered. A previous study showed decreases in levels of nearly all lipid species in blood samples from high-grade serous ovarian carcinoma patients, compared with women with benign gynecological disorders. In Study IV, our aim was to validate those previous results in a larger population, including also low-grade and early-stage cancers and histological pathology other than only serous. Lipidomic analysis was performed on 354 blood samples from women with OCs or benign gynecological pathologies; the women were from Finland or Germany. The results were compared with the previous results from 250 women. A total of 39 lipids were altered consistently and significantly in both early and late stages in all three cohorts (Finnish, German and previous study), 23 of them in all histological subtypes. Results showed lower levels of most of the lipids; there were higher levels of only one ceramide (Cer[d18:1/18:0]) and triacylglycerol (TAG[18:1/18:1/20:4]) in all stages and histologies. Combinations of some lipids and lipid ratios with CA125 improved the diagnostic value of serum CA125.

In conclusion, the subjective evaluation of two-dimensional US by an expert remains the most reliable preoperative diagnostic tool of adnexal masses. Emerging objective biochemical and biophysical methods include urinary polyamine analysis, FAIMS technology, and serum lipidomic profile.