Purpose To determine the event-free survival (EFS) and overall survival of children with average-risk medulloblastoma and treated with reduced-dose craniospinal radiotherapy (CSRT) and one of two postradiotherapy chemotherapies. Methods Four hundred twenty-one patients between 3 years and 21 years of age with nondisseminated medulloblastoma (MB) were prospectively randomly assigned to treatment with 23.4 Gy of CSRT, 55.8 Gy of posterior fossa RT, plus one of two adjuvant chemotherapy regimens: lomustine (CCNU), cisplatin, and vincristine; or cyclophosphamide, cisplatin, and vincristine. Results Forty-two of 421 patients enrolled were excluded from analysis. Sixty-six of the remaining 379 patients had incompletely assessable postoperative studies. Five-year EFS and survival for the cohort of 379 patients was 81% ± 2.1% and 86% ± 9%, respectively (median follow-up over 5 years). EFS was unaffected by sex, race, age, treatment regimen, brainstem involvement, or excessive anaplasia. EFS was detrimentally affected by neuroradiographic unassessability. Patients with areas of frank dissemination had a 5-year EFS of 36% ± 15%. Sixty-seven percent of progressions had some component of dissemination. There were seven second malignancies. Infections occurred more frequently on the cyclophosphamide arm and electrolyte abnormalities were more common on the CCNU regimen. Conclusion This study discloses an encouraging EFS rate for children with nondisseminated MB treated with reduced-dose craniospinal radiation and chemotherapy. Additional, careful, step-wise reductions in CSRT in adequately staged patients may be possible.

Medulloblastoma, the most common malignant paediatric brain tumour, is currently treated with nonspecific cytotoxic therapies including surgery, whole-brain radiation, and aggressive chemotherapy. As medulloblastoma exhibits marked intertumoural heterogeneity, with at least four distinct molecular variants, previous attempts to identify targets for therapy have been underpowered because of small samples sizes. Here we report somatic copy number aberrations (SCNAs) in 1,087 unique medulloblastomas. SCNAs are common in medulloblastoma, and are predominantly subgroup-enriched. The most common region of focal copy number gain is a tandem duplication of SNCAIP, a gene associated with Parkinson’s disease, which is exquisitely restricted to Group 4α. Recurrent translocations of PVT1, including PVT1-MYC and PVT1-NDRG1, that arise through chromothripsis are restricted to Group 3. Numerous targetable SCNAs, including recurrent events targeting TGF-β signalling in Group 3, and NF-κB signalling in Group 4, suggest future avenues for rational, targeted therapy. Medulloblastoma is the most common malignant brain tumour in children; having assembled over 1,000 samples the authors report that somatic copy number aberrations are common in medulloblastoma, in particular a tandem duplication of SNCAIP, a gene associated with Parkinson’s disease, which is restricted to subgroup 4α, and translocations of PVT1, which are restricted to Group 3. Medulloblastoma is the most common malignant brain tumour in children. Four papers published in the 2 August 2012 issue of Nature use whole-genome and other sequencing techniques to produce a detailed picture of the genetics and genomics of this condition. Notable findings include the identification of recurrent mutations in genes not previously implicated in medulloblastoma, with significant genetic differences associated with the four biologically distinct subgroups and clinical outcomes in each. Potential avenues for therapy are suggested by the identification of targetable somatic copy-number alterations, including recurrent events targeting TGFβ signalling in Group 3, and NF-κB signalling in Group 4 medulloblastomas.

The mechanisms previously proposed for the progression of syringomyelia associated with Chiari I malformation of the cerebellar tonsils are controversial, leave many clinical observations unexplained, and underlie the prevalence of different operations currently used as initial treatment. To explore the mechanism of syringomyelia progression in this setting, the authors used anatomical and dynamic (phase-contrast and phase-contrast cine) magnetic resonance (MR) imaging, and intraoperative ultrasonography to examine the anatomy and dynamics of movement of the cerebellar tonsils, the wall of the spinal cord surrounding the syrinx, and the movement of cerebrospinal fluid (CSF) and syrinx fluid at rest, during the respiratory and cardiac cycles, and during Valsalva maneuver in seven affected patients. In all patients the cerebellar tonsils occluded the subarachnoid space at the level of the foramen magnum. Syringomyelia extended from the cervical to the lower thoracic segment of the spinal cord. No patient had evidence of a patent communication between the fourth ventricle and the syrinx on anatomical MR images, dynamic MR images, or intraoperative ultrasound studies. Dynamic MR images of three patients revealed abrupt downward movement of the spinal CSF and the syrinx fluid during systole and upward movement during diastole, but limited movement of CSF across the foramen magnum during the cardiac cycle. Intraoperative ultrasound studies demonstrated abrupt downward movement of the cerebellar tonsils during systole that was synchronous with sudden constriction of the spinal cord and syrinx. Decompression of the foramen magnum was achieved via suboccipital craniectomy, laminectomy of C-1 and C-2, and dural grafting, leaving the arachnoid intact. Immediately after surgery, the pulsatile downward thrust of the tonsils and constriction of the spinal cord and syrinx disappeared. Syringomyelia resolved within 1 to 6 months after surgery in all patients. Observations by the authors suggest the following previously unrecognized mechanism for progression of syringomyelia associated with occlusion of the subarachnoid space at the foramen magnum. The brain expands as it fills with blood during systole, imparting a systolic pressure wave to the intracranial CSF that is accommodated in normal subjects by sudden movement of CSF from the basal cisterns to the upper portion of the spinal canal. With obstruction to rapid movement of CSF at the foramen magnum, the cerebellar tonsils, which plug the subarachnoid space posteriorly, move downward with each systolic pulse, acting as a piston on the partially isolated spinal CSF and producing a systolic pressure wave in the spinal CSF that acts on the surface of the spinal cord.(ABSTRACT TRUNCATED AT 400 WORDS)

PURPOSE: Medulloblastoma is the most common malignant brain tumor of childhood. After treatment with surgery and radiation therapy, approximately 60% of children with medulloblastoma are alive and free of progressive disease 5 years after diagnosis, but many have significant neurocognitive sequelae. This study was undertaken to determine the feasibility and efficacy of treating children with nondisseminated medulloblastoma with reduced-dose craniospinal radiotherapy plus adjuvant chemotherapy. PATIENTS AND METHODS: Over a 3-year period, 65 children between 3 and 10 years of age with nondisseminated medulloblastoma were treated with postoperative, reduced-dose craniospinal radiation therapy (23.4 Gy) and 55.8 Gy of local radiation therapy. Adjuvant vincristine chemotherapy was administered during radiotherapy, and lomustine, vincristine, and cisplatin chemotherapy was administered during and after radiation. RESULTS: Progression-free survival was 86% ± 4% at 3 years and 79% ± 7% at 5 years. Sites of relapse for the14 patients who developed progressive disease included the local tumor site alone in two patients, local tumor site and disseminated disease in nine, and nonprimary sites in three. Brainstem involvement did not adversely affect outcome. Therapy was relatively well tolerated; however, the dose of cisplatin had to be modified in more than 50% of patients before the completion of treatment. One child died of pneumonitis and sepsis during treatment. CONCLUSION: These overall survival rates compare favorably to those obtained in studies using full-dose radiation therapy alone or radiation therapy plus chemotherapy. The results suggest that reduced-dose craniospinal radiation therapy and adjuvant chemotherapy during and after radiation is a feasible approach for children with nondisseminated medulloblastoma.

Ependymomas are common childhood brain tumours that occur throughout the nervous system, but are most common in the paediatric hindbrain. Current standard therapy comprises surgery and radiation, but not cytotoxic chemotherapy as it does not further increase survival. Whole-genome and whole-exome sequencing of 47 hindbrain ependymomas reveals an extremely low mutation rate, and zero significant recurrent somatic single nucleotide variants. Although devoid of recurrent single nucleotide variants and focal copy number aberrations, poor-prognosis hindbrain ependymomas exhibit a CpG island methylator phenotype. Transcriptional silencing driven by CpG methylation converges exclusively on targets of the Polycomb repressive complex 2 which represses expression of differentiation genes through trimethylation of H3K27. CpG island methylator phenotype-positive hindbrain ependymomas are responsive to clinical drugs that target either DNA or H3K27 methylation both in vitro and in vivo. We conclude that epigenetic modifiers are the first rational therapeutic candidates for this deadly malignancy, which is epigenetically deregulated but genetically bland. Although genetically bland, the posterior fossa group A subgroup of ependymomas, found often in infants and associated with poor prognosis, exhibit widespread epigenetic alterations, namely a CpG island methylator phenotype; these tumours are shown to be susceptible both in vitro and in vivo to various compounds that target epigenetic modifications, such as DNA methylation and H3K27 tri-methylation. In this issue of Nature two groups present independent genomic analyses on ependymomas, a type of tumour that occurs throughout the nervous system, but most commonly in the hindbrain in children. Mack et al. found a low overall mutation rate and no significant recurrent mutations in 47 hindbrain ependymomas. But posterior fossa group B tumours, a subgroup found predominantly in infants and associated with poor prognosis, were distinguished by a CpG island methylator phenotype. This subgroup is shown to be susceptible to various compounds that target epigenetic modifications, including an EZH2 inhibitor that showed efficacy in a mouse xenograft model. Parker et al. found the C11orf95–RELA fusion gene in about 70% of supratentorial tumours, but not in other ependymoma subgroups. The gene fusions arise through chromothripsis and lead to the expression of a fusion protein that constitutively activates NF-κB signalling. In a mouse model, expression of C11orf95–RELA in neural stem cells leads to the formation of brain tumours. These findings identify NF-κB signalling as a possible therapeutic target in patients with this type of ependymoma.

Intraoperative diagnosis is essential for providing safe and effective care during cancer surgery1. The existing workflow for intraoperative diagnosis based on hematoxylin and eosin staining of processed tissue is time, resource and labor intensive2,3. Moreover, interpretation of intraoperative histologic images is dependent on a contracting, unevenly distributed, pathology workforce4. In the present study, we report a parallel workflow that combines stimulated Raman histology (SRH)5–7, a label-free optical imaging method and deep convolutional neural networks (CNNs) to predict diagnosis at the bedside in near real-time in an automated fashion. Specifically, our CNNs, trained on over 2.5 million SRH images, predict brain tumor diagnosis in the operating room in under 150 s, an order of magnitude faster than conventional techniques (for example, 20–30 min)2. In a multicenter, prospective clinical trial (n = 278), we demonstrated that CNN-based diagnosis of SRH images was noninferior to pathologist-based interpretation of conventional histologic images (overall accuracy, 94.6% versus 93.9%). Our CNNs learned a hierarchy of recognizable histologic feature representations to classify the major histopathologic classes of brain tumors. In addition, we implemented a semantic segmentation method to identify tumor-infiltrated diagnostic regions within SRH images. These results demonstrate how intraoperative cancer diagnosis can be streamlined, creating a complementary pathway for tissue diagnosis that is independent of a traditional pathology laboratory. A prospective, multicenter, case–control clinical trial evaluates the potential of artificial intelligence for providing accurate bedside diagnosis of patients with brain tumors.

Abstract One important function of endothelial cells in glioblastoma multiforme (GBM) is to create a niche that helps promote self-renewal of cancer stem-like cells (CSLC). However, the underlying molecular mechanism for this endothelial function is not known. Since activation of NOTCH signaling has been found to be required for propagation of GBM CSLCs, we hypothesized that the GBM endothelium may provide the source of NOTCH ligands. Here, we report a corroboration of this concept with a demonstration that NOTCH ligands are expressed in endothelial cells adjacent to NESTIN and NOTCH receptor-positive cancer cells in primary GBMs. Coculturing human brain microvascular endothelial cells (hBMEC) or NOTCH ligand with GBM neurospheres promoted GBM cell growth and increased CSLC self-renewal. Notably, RNAi-mediated knockdown of NOTCH ligands in hBMECs abrogated their ability to induce CSLC self-renewal and GBM tumor growth, both in vitro and in vivo. Thus, our findings establish that NOTCH activation in GBM CSLCs is driven by juxtacrine signaling between tumor cells and their surrounding endothelial cells in the tumor microenvironment, suggesting that targeting both CSLCs and their niche may provide a novel strategy to deplete CSLCs and improve GBM treatment. Cancer Res; 71(18); 6061–72. ©2011 AACR.

Cerebellar mutism syndrome (CMS) is a unique postoperative syndrome typically arising 1 to 2 days after resection of a midline posterior fossa tumor; it consists of diminished speech progressing to mutism, emotional lability, hypotonia, and ataxia. Most descriptions have been limited to small institutional series using a retrospective chart review methodology.The authors incorporated a CMS questionnaire in two large clinical trials (Children's Cancer Group [CCG] 9931, treatment for high-risk medulloblastoma/primitive neuroectodermal tumor; and CCG/Pediatric Oncology Group [POG] A9961, treatment for average-risk medulloblastoma) to prospectively survey for incidence, severity, and possible causes of CMS in children with newly diagnosed medulloblastoma. Information pertaining to 450 of the 463 patients enrolled in the studies was available for review (82 patients in CCG 9931, and 368 patients in CCG/POG A9961). Cerebellar mutism syndrome occurred in 107 (24%) of 450 children. Symptom intensity was judged to have been severe in 43%, moderate in 49%, and mild in 8% of these 107 patients. Mutism and ataxia were the features most frequently judged as severe. In both cohorts, preoperative brainstem invasion was the only feature that correlated with risk of CMS. One year after diagnosis, nonmotor speech/language deficits, neurocognitive deficits, and/or ataxia persisted in a significant fraction of patients.Nearly one quarter of patients who underwent resection of a medulloblastoma developed symptoms of CMS, of which 92% were judged to be of moderate or severe intensity. Brainstem invasion by tumor was the only risk factor that correlated positively with CMS occurrence; there was a negative correlation with cerebellar hemisphere tumor location. As more radical resections are attempted for medulloblastoma, the potential for increased morbidity must be carefully weighed against prognostic factors, especially in patients with brainstem invasion.

Object Arachnoid cysts are a frequent finding on intracranial imaging in children. The prevalence and natural history of these cysts are not well defined. The authors studied a large consecutive series of children undergoing MR imaging to better define both the MR imaging–demonstrated prevalence and behavior of these lesions over time. Methods The authors reviewed a consecutive series of 11,738 patients who were 18 years of age or younger and had undergone brain MR imaging at a single institution during an 11-year period. In the patients in whom intracranial arachnoid cysts were identified, clinical and demographic information was recorded and imaging characteristics, such as cyst size and location, were evaluated. Prevalence data were analyzed using univariate and multivariate logistic regression, linear regression, and ANOVA. All patients with sufficient data (repeat MR imaging studies as well as repeated clinical evaluation over at least 5 months) for a natural history analysis were identified. This group was assessed for any change in symptoms or imaging appearance during the follow-up interval. Results Three hundred nine arachnoid cysts (2.6% prevalence rate) were identified. There was an increased prevalence of arachnoid cysts in males (p < 0.000001). One hundred eleven patients met all criteria for inclusion in the natural history analysis. After a mean follow-up of 3.5 years, 11 arachnoid cysts increased in size, 13 decreased, and 87 remained stable. A younger age at presentation was significantly associated with cyst enlargement (p = 0.001) and the need for surgery (p = 0.05). No patient older than 4 years of age at the time of initial diagnosis had cyst enlargement, demonstrated new symptoms, or underwent surgical treatment. Conclusions Arachnoid cysts are a common incidental finding on intracranial imaging in pediatric patients. An older age at the time of presentation is associated with a lack of clinical or imaging changes over time.

Arachnoid cysts are a frequent finding on intracranial imaging. The prevalence and natural history of these cysts in adults are not well defined.We retrospectively reviewed the electronic medical records of a consecutive series of adults who underwent brain MRI over a 12-year interval to identify those with arachnoid cysts. The MRI studies were reviewed to confirm the diagnosis. For those patients with arachnoid cysts, we evaluated presenting symptoms, cyst size, and cyst location. Patients with more than 6 months' clinical and imaging follow-up were included in a natural history analysis.A total of 48,417 patients underwent brain MRI over the study period. Arachnoid cysts were identified in 661 patients (1.4%). Men had a higher prevalence than women (p < 0.0001). Multiple arachnoid cysts occurred in 30 patients. The most common locations were middle fossa (34%), retrocerebellar (33%), and convexity (14%). Middle fossa cysts were predominantly left-sided (70%, p < 0.001). Thirty-five patients were considered symptomatic and 24 underwent surgical treatment. Sellar and suprasellar cysts were more likely to be considered symptomatic (p < 0.0001). Middle fossa cysts were less likely to be considered symptomatic (p = 0.01. The criteria for natural history analysis were met in 203 patients with a total of 213 cysts. After a mean follow-up of 3.8 ± 2.8 years (for this subgroup), 5 cysts (2.3%) increased in size and 2 cysts decreased in size (0.9%). Only 2 patients developed new or worsening symptoms over the follow-up period.Arachnoid cysts are a common incidental finding on intracranial imaging in all age groups. Although arachnoid cysts are symptomatic in a small number of patients, they are associated with a benign natural history for those presenting without symptoms.