Characterization of the effect of an anti-inflammatory drug in a glioblastoma rat model using MRI approaches.

Abstract

Glioblastoma multiforme (GBM) is the most aggressive manifestation of brain tumors, with poor prognosis and survival, and tumors generally recur after standard multimodal treatments. Nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) have been studied as anti-tumoral drugs and tested in GBM models with promising results. The modulation of inflammation in GBM by selective cyclooxygenase-2 inhibitors not only have a potential therapeutic action but may also improve responses to current treatments. Many studies have been done with GBM models, identifying magnetic resonance imaging (MRI) parameters to be used as non-invasive surrogate biomarkers of this pathology, which are able to determine the therapeutic response before or during the initial stages of treatment. In this study we aimed to assess the MRI tumor features evolution in GBM-bearing rats treated with a NSAID to investigate its impact on the evolution and treatment of the disease.GBM was induced in male and female Sprague-Dawley rats by intracranial injection of C6 rat glioma cells. Animals were injected s.c. with the NSAID meloxicam (2 mg/kg) or saline (“non-treated”) during 15 days. MRI evaluation was carried out in a 7T MRI scanner until day 30 post-cell injection (or until end-point criteria). Tumor volume was followed-up with Gd-T1W and T2W images at different time points. Multiparametric MRI images were obtained from magnetization transfer, diffusion-weighted, T2W, T2*W and dynamic-contrast-enhanced studies, acquired at an early and an advanced tumor stage. Parametric maps were generated with home-made software. Post-mortem studies included histological analysis of hematoxylin-eosin stained rat brain tissues.It was observed that GBM tumors in untreated males presented a more aggressive pattern, regarding MRI features, with higher MD, AD, RD and T2*, indicating the presence of greater vasogenic inflammation and angiogenesis than untreated GBM tumors in females. Moreover, males experienced more variations in tumor MRI characteristics with their progression: the observed MRI features of tumor aggressiveness (higher MD, AD, RD and T2*) were more significant in larger tumors. Furthermore, it was detected a clear effect of the meloxicam therapy discernible by the mentioned MRI parameters: lower MD, AD, RD and T2* in treated males revealed a positive response to meloxicam treatment in controlling the vasogenic inflammation induced by the glioblastoma. However, the same effect was not observed in treated females.The results obtained in this work indicate that: the increased inflammation associated with GBM could be a more influential aspect than the increased cellularity in the malignancy pattern; sex is a very important factor to take into account in the aggressiveness and success of GBM therapy; the positive effect of meloxicam in controlling the vasogenic inflammation of GBM suggests meloxicam as a potential candidate therapy against GBM; MRI has revealed to be a useful tool to obtain physiopathological information of GBM and to follow-up treatments related to inflammation and angiogenesis.

O glioblastoma multiforme (GBM) é a manifestação mais agressiva dos tumores cerebrais, sem bom prognóstico, sobrevivência baixa, havendo reincidência após os atuais tratamentos multimodais. Os anti-inflamatórios não esteróides (AINEs) têm sido testados como anti tumorais em modelos de GBM com resultados promissores. A modulação da inflamação no GBM por inibidores seletivos da ciclooxigenase-2 tem demonstrado efeito terapêutico, e uma melhor resposta aos tratamentos atuais. Têm sido identificados parâmetros de imagem de ressonância magnética (MRI) como biomarcadores não invasivos do GBM, indicadores da resposta terapêutica antes ou durante o tratamento. Neste estudo, e através de parâmetros de MRI, pretendeu-se avaliar a evolução das características tumorais num modelo de rato com GBM, e o impacto do tratamento com um AINE na evolução e no tratamento da doença.GBM foi induzido em ratos Sprague-Dawley machos e fêmeas, por injeção intracraniana de células C6 de glioma de rato. Os animais foram injetados s.c. com o AINE meloxicam (2 mg/kg) ou solução salina (“não tratados”) durante 15 dias. As técnicas de MRI foram realizadas num scanner de MRI 7T até ao dia 30 após a injeção das células (ou até os critérios de ponto final). O volume do tumor foi seguido com imagens Gd-T1W e T2W em diferentes momentos. Estudos multiparamétricos de MRI incluindo transferência de magnetização, tensor de difusão, T2W, T2*W e imagens de contraste dinâmico foram realizados num estágio inicial e avançado do tumor. Os mapas paramétricos foram gerados com um software “home-made”. Post-mortem foi feita a análise histológica de tecidos cerebrais corados com hematoxilina-eosina. Os tumores não tratados dos machos apresentaram um padrão mais agressivo, em relação às características de MRI, com maior MD, AD, RD e T2*, indicando a presença de maior inflamação vasogénica e angiogénese do que os tumores não tratados das fêmeas. Também nos machos as características de MRI correspondentes a maior agressividade e atividade do tumor (maior MD, AD, RD e T2*) foram mais evidentes com o desenvolvimento tumoral. Em machos tratados com meloxicam, os parâmetros de MRI, MD, AD, RD e T2* apresentaram valores mais baixos, o que revelou um efeito positivo do meloxicam no controlo da inflamação vasogénica causada pelo glioblastoma. No entanto, o mesmo efeito não foi observado nas fêmeas tratadas. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que: o aumento da inflamação associada ao GBM pode ser um aspecto mais impactante do que o aumento da celularidade; o sexo é um fator muito importante a ter em consideração na agressividade do GBM e no sucesso da terapia usada; o efeito positivo do meloxicam no controlo da inflamação vasogénica do GBM sugere este fármaco como um potencial candidato à terapia contra a patologia; MRI revela-se uma técnica útil para obter informação fisiopatológica do GBM e para monitorizar o efeito de tratamentos, particularmente neste caso na inflamação e angiogénese.