К настоящему моменту мнение радиологов о надёжности и диагностической значимости исследований упругости ткани молочной железы методами ультразвуковой диагностики до конца не сформировано ввиду неоднозначных результатов клинических испытаний. Однако ряд последних исследований демонстрирует неразрывную связь статистически значимого снижения значений модуля упругости после первого курса неоадъювантной химиотерапии (НАХТ) и полного / выраженного патоморфологического ответа опухоли по завершению терапии. При этом часто очертания масштабного опухолевого узла после первого курса НАХТ сохраняются, несмотря на выраженное снижение значений модуля упругости. Представленное исследование направлено на морфологическое обоснование изменений упругости ткани рака молочной железы на фоне НАХТ при использовании метода компрессионной оптической когерентной эластографии (ОКЭ), позволяющего определять упругость отдельных структурных компонентов биологических тканей.

Основной целью нашей работы являлось изучение особенностей изменения упругости и морфологии опухолевой ткани молочной железы в процессе проводимой неоадъювантной химиотерапии.

На проведение исследования получено заключение локального этического комитета ГБУЗ НО «НОКОД» (выписка № 8 из протокола №12). У пациентов с установленным диагнозом инвазивного протокового рака молочной железы осуществлён забор трепан-биоптатов до и после первого курса НАХТ (для клинически обоснованных задач определения целесообразности дальнейшего проведения терапии). Кроме того, опухолевой узел исследовали с помощью ультразвуковой компрессионной эластографии (Samsung RS80A, Южная Корея). Модуль упругости Юнга структурных компонентов ткани полученных трепан-биоптатов исследовали методом ОКЭ, используя мультимодальную установку оптической когерентной томографии (ИПФ РАН, Нижний Новгород). Затем осуществляли гистологическое исследование ткани.

При ультразвуковом исследовании после первого курса НАХТ наблюдалось снижение упругости отдельных участков ткани в проекции опухолевого узла, при сохранении участков высокой упругости. При этом размеры опухолей статистически значимо не уменьшались, что считалось невыраженным ответом опухолей на терапию. При ОКЭ исследовании трепан-биоптатов обнаружено общее снижение упругости за счёт трёх патоморфологически подтверждённых изменений: (1) уменьшения участков высокой упругости за счёт редуцирования количества жизнеспособных опухолевых клеток, (2) детекции участков низкой упругости за счёт появления некротизированных опухолевых клеток, (3) и повышения участков низкой упругости за счёт образования стромальных волокон (которые замещают некротизированные опухолевые клетки).

По итогам, наши результаты демонстрируют особенности изменения упругости и морфологии опухолевой ткани молочной железы в процессе терапии. Показано, что снижение значений упругости ткани происходит за счёт редуцирования количества жизнеспособных опухолевых клеток, появления некротизированных опухолевых клеток и образования стромальных волокон, замещающих некротизированные клетки. Дальнейший мониторинг и сбор ОКЭ данных может позволить разработать новые предиктивные критерии ранней оценки эффективности НАХТ рака молочной железы.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ, проект № 18-75-10068.

Currently, the opinion of radiologists on the reliability and diagnostic significance of breast tissue stiffness studies using ultrasound diagnostics has not been fully formed due to the ambiguous results of clinical trials. However, a few recent studies show on a relationship between a significant decrease in stiffness values after the first course of neoadjuvant chemotherapy (NACT) and a complete / pronounced pathomorphological response of the tumor after treatment. Thus, the tumor node often remains the outlines of a large-scale after the first course of NACT, despite a pronounced decrease in stiffness values. The presented research is aimed to study morphological substantiation of changes in breast cancer tissue stiffness during NACT using the method of Compression Optical Coherence Elastography (OCE), which allows determining stiffness of individual structural components of biological tissues.

The study protocol being approved by the Research Ethics Board of the Nizhny Novgorod Regional Oncologic Hospital (REB#12, granted December 23, 2021). All patients provided written informed consent. For patients with an established diagnosis of invasive ductal breast cancer, core needle biopsy samples were taken before and after the first course of NACT (for clinically justified tasks of determining the appropriateness of further therapy). In addition, the tumor node was examined using ultrasonic compression elastography (Samsung RS80A, South Korea). The Young's modulus of elasticity of tissue structural components of core needle biopsy samples was studied by OCE using a multimodal optical coherence tomography device (IAP RAS, Nizhny Novgorod). Then, a histological examination of tissue was carried out.

Ultrasound examination after the first course of NACT showed a stiffness decrease of individual tissue areas in the projection of tumor node, while the high stiffness areas were also detected. At the same time, the size of tumors did not significantly decrease, which was considered the stable disease. OCE study of core needle biopsy samples revealed a general stiffness decrease due to three pathologically confirmed changes: (1) reduction of high stiffness areas due to decrease of viable tumor cells, (2) registration of low stiffness areas due to the appearance of necrotic tumor cells, (3) and increase of low stiffness areas due to the formation of stromal fibers (which replace the necrotic tumor cells).

In summary, our results demonstrate the features of changes in the stiffness and morphology of breast tumor tissue during therapy. It has been shown that stiffness decrease in tissue occurs due to a reduction of viable tumor cells, the appearance of necrotic tumor cells, and then replacing necrotic cells by stromal fibers. Further monitoring and data collection can allow to develop of new predictive criteria for early efficiency evaluation of neoadjuvant tumor therapy.

The study was funded by the Russian Science Foundation, grant No. 18-75-10068.