Guiada por imagen potenciada por convección Entrega en Modelos en gel de agarosa del Cerebro

Summary

Entrega potenciada por convección (CED) se ha propuesto como una opción de tratamiento para una amplia gama de enfermedades neurológicas. Con el fin de preparar a los profesionales de atención de salud para la adopción del CED, se necesitan modelos de formación accesibles. Se describe el uso de gel de agarosa como tal modelo del cerebro humano para la prueba, la investigación y la capacitación.

Abstract

Entrega potenciada por convección (CED) se ha propuesto como una opción de tratamiento para una amplia gama de enfermedades neurológicas. Neuroinfusion catéter CED permite un flujo mayor presión positiva para ofrecer una mayor cantidad de productos terapéuticos para lograr un objetivo intracraneal que los métodos de administración de fármacos tradicionales. La utilidad clínica de la resonancia magnética en tiempo real guiado CED (rCED) se encuentra en la capacidad de localizar con precisión, seguimiento de la terapia, e identificar complicaciones. Con el entrenamiento, rCED es eficiente y las complicaciones puede ser minimizado. El modelo en gel de agarosa del cerebro proporciona una herramienta accesible para las pruebas de CED, la investigación y la capacitación. Cerebro simulado rCED permite la práctica de la cirugía simulada mientras que también proporciona una retroalimentación visual de la infusión. Análisis de infusión permite el cálculo de la fracción de distribución (Vd / Vi) permitiendo que el aprendiz para verificar la similitud del modelo en comparación con el tejido cerebral humano. En este artículo se describe nuestra fantasma cerebro en gel de agarosa y se esbozan importante metrics durante una infusión y análisis CED protocolos mientras que abordan problemas más comunes que enfrentan durante la CED de infusión para el tratamiento de enfermedades neurológicas.

Introduction

Entrega potenciada por convección (CED) se ha propuesto como una opción de tratamiento para un amplio espectro de trastornos neurológicos que incluyen tumores malignos cerebrales, epilepsia, trastornos metabólicos, enfermedades neurodegenerativas (como la enfermedad de Parkinson) ^1, derrames cerebrales y trauma ^2. CED emplea flujo mayor presión positiva para la distribución de un fármaco u otro líquido de infusión. CED proporciona la entrega segura, fiable y homogénea de compuestos de bajo peso molecular, que van de menor a mayor, con un volumen clínicamente relevantes ^3. Administración de fármacos tradicional al tejido cerebral está severamente restringido por la barrera sangre-cerebro ^4. Formado por las uniones estrechas entre las células endoteliales que forman los capilares en el cerebro, los bloques de barrera de sangre-cerebro polar y moléculas de alto peso molecular a partir de entrar en el parénquima del cerebro. Perfusión cerebral intraparenquimatosa directo vía CED puede superar las limitaciones de las modalidades de administración de fármacos terapéuticos anterioresy permite el uso de agentes terapéuticos que no cruzaría la barrera sangre-cerebro, y por lo tanto han sido previamente disponible como opciones de tratamiento viables ^5.

Investigadores de los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. (NIH) describen CED a principios de 1990 como un medio para alcanzar mayores concentraciones terapéuticas de medicamentos que por simple difusión ^6-8. Los primeros métodos de CED consistió en implantar uno o más catéteres en el cerebro, la conexión de una bomba de infusión para el catéter, y el bombeo de los agentes terapéuticos directamente en la región objetivo. Se informó que el aumento de la fracción de distribución y concentración relativamente estable a ocurrir como la presión positiva creada por la bomba de infusión hace que los tejidos se dilaten y permiten la permeación del fármaco ^9.

La técnica fundamental para CED sigue siendo en gran medida el mismo que se describió por primera vez. Los avances en el diseño del catéter ^10, técnica de infusión <sup> 11, control de presión de la línea ^2, y el seguimiento de MRI en tiempo real para corregir desplazamiento cerebro ^{12, 13,} optimizar múltiples infusiones colineales ^14, y vigilar para la pérdida de líquido de infusión ¹⁵ se han incrementado la seguridad y eficacia del tratamiento ^10. Importancia adicional ha sido colocado en el diseño del catéter y la estrategia de infusión incluyendo la velocidad de flujo. El éxito de CED, con reflujo catéter limitada y el daño tisular, se ha correlacionado con el diseño del catéter y la velocidad de infusión. El uso de un catéter con un diámetro estrecho y una baja tasa de infusión para limitar el flujo de retorno a lo largo de la interfaz cerebro-catéter, así como limitar los daños en la punta del catéter ^16. La RM proporciona una confirmación visual de la ubicación correcta para la colocación del catéter de infusión, y por lo tanto la administración de fármacos, además de facilitar la corrección del reflujo infusión o entrega aberrante ^17. Las imágenes de RM también se pueden utilizar para aproximar y realizar un seguimiento de los volúmenes de distribución (Vd) Del fármaco infundido. El Vd se calcula utilizando un valor de intensidad de la señal RM mayor que tres desviaciones estándar por encima de la media del gel no infusa que rodea como un umbral para la segmentación ^18. El Vd es una medida útil para CED, ya que representa el volumen del fármaco distribuido en el cerebro. Junto con el volumen infundido (VI), en una relación puede ser generada (Vd / Vi) cuantificar el volumen cubierto por el fármaco infundido.

Fantasmas en gel de agarosa imitan varias propiedades mecánicas cruciales del cerebro humano importantes para la comprensión de CED tales como: Vd, interacciones de gel en catéter, propiedades poroelásticos, y la morfología de infusión nube ^10. Las mezclas de 0,2% de gel de agarosa se ​​ha demostrado para imitar los cambios en vivo en la fracción de poros locales causadas por la dilatación de gel debido a la CED. Una fracción de poro similar a cerebro humano promueve interacciones similares y mediciones precisas de Vd ^19. Adicionalmente, concentraciones similares de ungeles garose tales como 0,6% y 0,8% han demostrado perfiles de presión de infusión similares al cerebro ^20. Además, los geles de agarosa translúcidas proporcionan la ventaja de visualización en tiempo real de la colocación del catéter de infusión y el reflujo. Fantasmas en gel de agarosa son relativamente baratos de producir. El costo de los fantasmas de gel de agarosa puede ser clave para la formación generalizada en toda futura cirugía neurológica. Debido a estas propiedades, geles de agarosa proporcionan un sustituto útil, la replicación de muchos de los atributos clave de infusiones cerebrales humanos sin el uso de tejido cerebral.

Como se indicó anteriormente, guiado imagen-CED en modelos de gel de agarosa proporciona un beneficioso método in vitro para la prueba, la investigación y la capacitación. El propósito de este artículo es describir cómo recrear fantasmas gel de agarosa, para delinear los protocolos de ensayos y análisis CED sean apropiados, y para hacer frente a los errores comunes que enfrentan durante las infusiones CED para el tratamiento de enfermedades neurológicas.

Protocol

1. Preparación de Gel Phantoms y tinte Preparar 0,2% de gel de agarosa disolviendo 2 g de 0,1% de polvo de agarosa en 1000 ml de agua desionizada. Se agita la solución durante aproximadamente 1 min para asegurar una mezcla adecuada; y microondas inmediatamente la solución en 3 minutos durante 9 minutos o hasta que quede transparente, revolviendo entre los intervalos. Mientras que el gel de agarosa es líquido, vierta la solución en 5 cm x 5 cm x 5 cm contenedores. Deje espacio en la parte superi…

Representative Results

Interpretar y analizar infusiones CED implican varios factores importantes, como la fracción de distribución y el reflujo líquido de infusión. El cálculo de la fracción de distribución depende en gran medida en el cálculo de la Vd. Por lo tanto, la correcta interpretación de las imágenes de RM es fundamental. Se propone un método semi-automatizado para reproducir de forma fiable estas mediciones como se indica anteriormente. Estos métodos de determinar objetivamente el área de la sección transversal de la …

Discussion

Los pasos críticos para garantizar el éxito de la infusión son: purgar la línea de infusión de aire, mezclando el gel de agarosa, el análisis de los datos de RM, utilizando pequeños diámetros de catéter interno, utilizando escalonada diseños de catéter para reducir al mínimo el reflujo, y la minimización de la presión sentida por el gel o tejido en el que se está infundiendo el fármaco. Como se dijo anteriormente, en detrimento principal para el éxito de la infusión es la línea de aire de infusi…

Materials

Prohance	Bracco		Gadoteridol radio contrast media
Bromophenol Blue Dye	Biorad	161-0404	Dye for infusate visualization
Agarose Gel Powder	Biorad	161-3101EDU	Agarose powder for creating gels
Medrad Veris MR Vital Signs Monitor	Medrad		MR safe infusion pressure monitor
16 Gauge SmartFlow Catheter	SurgiVision		Infusion catheter
Medrad Continuum MR Infusion System	Medrad		MR safe infusion pump
SMART Frame MRI Guided Trajectory Frame	ClearPoint		Infusion catheter frame
Osirix Imaging Software and DICOM Viewer	Osirix Imaging Software		OsiriX 32-bit DICOM Viewer