Imaging and the completion of the omics paradigm in breast cancer

Within the field of oncology, “omics” strategies—genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics—have many potential applications and may significantly improve our understanding of the underlying processes of cancer development and progression. Omics strategies aim to develop meaningful imaging biomarkers for breast cancer (BC) by rapid assessment of large datasets with different biological information. In BC the paradigm of omics technologies has always favored the integration of multiple layers of omics data to achieve a complete portrait of BC. Advances in medical imaging technologies, image analysis, and the development of high-throughput methods that can extract and correlate multiple imaging parameters with “omics” data have ushered in a new direction in medical research. Radiogenomics is a novel omics strategy that aims to correlate imaging characteristics (i. e., the imaging phenotype) with underlying gene expression patterns, gene mutations, and other genome-related characteristics. Radiogenomics not only represents the evolution in the radiology–pathology correlation from the anatomical–histological level to the molecular level, but it is also a pivotal step in the omics paradigm in BC in order to fully characterize BC. Armed with modern analytical software tools, radiogenomics leads to new discoveries of quantitative and qualitative imaging biomarkers that offer hitherto unprecedented insights into the complex tumor biology and facilitate a deeper understanding of cancer development and progression. The field of radiogenomics in breast cancer is rapidly evolving, and results from previous studies are encouraging. It can be expected that radiogenomics will play an important role in the future and has the potential to revolutionize the diagnosis, treatment, and prognosis of BC patients. This article aims to give an overview of breast radiogenomics, its current role, future applications, and challenges.ZusammenfassungDie „Omics-Strategien“ – „genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics“ – haben viele potenzielle Anwendungsgebiete innerhalb der Onkologie und könnten das Verständnis der Krebsentstehung und des Fortschreitens der Erkrankung deutlich verbessern. Mit „Omics-Strategien“ können große Datenmengen verschiedenster biologischer Informationen schnell ausgewertet werden, mit dem Ziel, sinnvolle Biomarker für Brustkrebs und hiermit ein integratives Porträt dieser Erkrankung zu entwickeln. Diese neue Richtung in der medizinischen Wissenschaft wurde durch verschiedenste Fortschritte in Bildgebungs- und Bildanalysemethoden sowie die Entwicklung von Techniken zur Extraktion und Korrelation verschiedenster Bildgebungsparameter mit „Omics-Daten“ eingeläutet. Radiogenomics haben zum Ziel, Bildgebungscharakteristika (Phänotypen) mit Genexpressionsmustern, Genmutationen und weiteren genomassoziierten Eigenschaften zu korrelieren. Hiermit repräsentieren Radiogenomics die Evolution der Korrelation von Radiologie und Pathologie von der anatomisch-histologischen hin zur molekularen Ebene und stellen einen zentralen Schritt des „Omics-Paradigmas“ bei Brustkrebs dar. In Verbindung mit modernen Softwareanalysetechniken können quantitative und qualitative Bildgebungsbiomarker bisher beispiellose Erkenntnisse über komplexe Tumorbiologie liefern und ein besseres Verständnis der Krebsentstehung und -progression bewirken. Radiogenomics stellen ein sich rasch entwickelndes Forschungsfeld dar, und Resultate aus ersten Studien sind vielversprechend. Es ist zu erwarten, dass Radiogenomics zukünftig eine wichtige Rolle spielen werden, da sie das Potenzial haben, Diagnose, Behandlung und Prognose von Brustkrebs zu beeinflussen. Im vorliegenden Artikel wird ein Überblick über Radiogenomics der Brust, ihre aktuelle Rolle, zukünftige Anwendungen und Herausforderungen gegeben.