Surgical Assessment of Insular Gliomas: Operative Technique and Clinical Outcomes

Abstract

BACKGROUND:

Surgical treatment of Insular gliomas is technically challenging and may lead to high postoperative morbidity. However, previous research has proven that maximal safe resection is critical for maintaining quality of life as well as enhancing overall and progression-free survival. Insular gliomas are currently resected through either a transsylvian or transcortical approach. However, there is no objective evidence to aid surgical management to maximize safe resection rates.

OBJECTIVES:

To define an optimal treatment strategy for the neurosurgical management of insular gliomas using a sequential research protocol. Phase A1- Design a custom embalming formula for preserving native brain features in cadavers to optimize the validity and clinical applicability of laboratory-based operative research. A2- Design a laboratory method to obtain objective data to assess -and compare- neurosurgical techniques in cadavers. Phase B- Define an optimal surgical technique for the management of each insular glioma of the Berger-Sanai classification system using our surgical simulation method in cadavers. Phase C- Validate the existing anatomical classification of insular gliomas to predict extent of resection (extent of resection) and anticipate neurological morbidity.

METHODS:

We aimed to provide sound objective evidence to the surgical management of insular gliomas through a multidisciplinary, sequential method including basic laboratory research, neurosurgical simulation using cadavers and a prospective clinical study. We first developed a customized embalming formula to create a neurosurgical simulation method that best resembles life surgery (a). We then used this optimized surgical simulation method to objectively determine and quantify the best surgical approach (transsylvian vs transcortical) for each type of insular tumor according to the Berger-Sanai insular glioma classification (b). Finally, we carried out a prospective clinical study to assess the predictability of the Berger-Sanai insular glioma classification regarding extent of resection and patient outcomes (c).

RESULTS:

We designed an embalming solution that dramatically improved validity and applicability of research using neurosurgical simulation in cadavers. Our formula optimizes resemblance to life surgery (lower retraction pressure and greater retraction area) compared to the gold standard (formaldehyde). Our embalming method preserved specimens for significantly longer use than un-embalmed cadavers, which allows for complex research designs (such as Phase B of this work). We described cutting-edge surgical simulation techniques to objectivize surgical techniques in the laboratory. Our surgical simulation experiments show that the transcortical approach performs better than the transsylvian approach on all parameters for zones I and IV. On Zones II and III, cortical mapping and specific anatomical features may make the transsylvian approach more favorable. Our prospective clinical study showed that the Berger-Sanai insular glioma classification is a reliable tool to predict extent of resection (highest on zone I, IV) and postoperative complications (lowest on zone II and IV) following surgical treatment.

CLINICAL AND SCIENTIFIC IMPACT:

Overall, this work improved the field of neurosurgical simulation research by providing a detailed description of cadaver preparation (including public disclosure of the embalming chemical formula) and methodology to carry objective measurements to compare surgical techniques. For the first time, we provided objective data to aid the neurosurgeon in choosing the best surgical approach to maximize resection rates of insular gliomas tailored to the Berger-Sanai insular glioma classification. Finally, we validated the Berger-Sanai insular glioma classification as a tool to anticipate resection rates and postoperative neurological complications. As a whole, this work will substantially impact management of insular gliomas and patient informed decisions.

En la present tesis doctoral es presenten els resultats de sis anys d’investigació del doctorand sobre els gliomes que afecten el lòbul de l'Insula. La present tesis doctoral es divideix en tres parts en les que es desenvolupa un programa seqüencial dirigit a la investigació i optimització del tractament quirúrgic de les lesions de la Insula (amb especial atenció als gliomes cerebrals d’alt grau).

En primer lloc es desenvolupa un treball de laboratori per al disseny d’una metodologia òptima per a la simulació quirúrgica d’abordatges Neuroquirúrgics intracerebrals en un model cadavèric. Es descriuen els mètodes i estratègies per al disseny de la composició química del líquid de embalsamament que el cervell humà així com la metodologia per avaluar objectivament l’esmentada fórmula química i el mètode de embalsamament. Es descriu la superioritat del mètode desenvolupat respecte de l’estàndard de preparació de cadàvers però simulació quirúrgica i es discuteixen els avantatges principals del mètode dissenyat respecte la investigació referent a la tècnica neuroquirúrgica. Aquests són, en breu, la millora substancial d’elastança cerebral que permet la retracció del teixit cerebral de forma similar a la cirurgía en ésser humà viu, la disminució de l’exposició del personal de recerca a components carcinogènics com el formaldehid, la superioritat en la preservació del material cadavèric respecte el teixit no embalsamat, etc. L’esmentada metodologia és la base per la segona fase de la present tesi doctoral.

En segon lloc es desenvolupa un projecte d’investigació sobre la tècnica quirúrgica per la ressecció de lesions del lòbul de l'Insula, amb especial atenció als gliomes insulars. Prenent el mètode de simulació neuroquirúrgica desenvolupat a la primera fase d’aquesta tesi, es comparen les dues tècniques principals per l’accés a la Insula: l’abordatge Transilvià i l’abordatge Transcortical. Es descriuen els perfils quirúrgics d’ambdues tècniques quirúrgiques respecte a l’accés a cada una de les parts de la Insula (anterior superior, posterior superior, posterior inferior, i anterior inferior). Es descriu, per primera vegada, la tècnica quirúrgica més favorable per cada part de la Insula i s’introdueixen conceptes claus per la decisió preoperatòria. En termes generals l’abordatge transilvià demostra superioritat en tumors que afecten la part anterior de la Insula, mentre que l’abordatge transcortical és superior en tumors de la part posterior.

En tercer lloc s’estudien els resultats clínics de les tècniques quirúrgiques estudiades en un model de simulació descrit a la fase anterior, per mitjà de la revisió retrospectiva de casos clínics en els quals es varen realitzar cirurgies de glioma insular. L’esmentada investigació retrospectiva es va desenvolupar a University of California San Francisco, Califòrnia, USA (Centre de notable prestigi vers la cirurgia de gliomes insulars), així com a Barrow Neurological Institute, Arizona, USA (centre de prestigi mundial en microneurocirurgia). En aquesta última fase es resumeixen els resultats de laboratori així com l’experiència clínica desenvolupats en aquest treball de tesis doctoral per proveir les bases sòlides per la decisió clínica i tècnica vers el tractament de pacients que pateixen de glioma insular. Específicament, s’estableix que el grau de resecció quirúrgica determina la supervivència del pacient amb glioma insular. Així doncs és important identificar l’abordatge quirúrgic (transsilvià o transcortical) que permet arribar als nivells de resecció quirúrgica superior al 80% del volum del tumor, per optimitzar el resultats clínics tot mantenint la funció cerebral.