Beyin Agaroz Jel Modelleri içine görüntü eşliğinde Konveksiyon geliştirilmiş Teslim
Summary
Konveksiyon geliştirilmiş teslim (CED) nörolojik hastalıkların geniş bir yelpazede için bir tedavi seçeneği olarak öne sürülmüştür. CED kabulü için sağlık uzmanları hazırlamak için, ulaşılabilir eğitim modellerine ihtiyaç vardır. Bu test, araştırma ve eğitim için insan beyninin bir model olarak agaroz jel kullanımını tarif etmektedir.
Abstract
Konveksiyon geliştirilmiş teslim (CED) nörolojik hastalıkların geniş bir yelpazede için bir tedavi seçeneği olarak öne sürülmüştür. Neuroinfusion kateter CED geleneksel ilaç dağıtım yöntemlerine göre bir intrakranial hedef tedavilerin büyük miktarlarda sunmak için pozitif basınçlı toplu akışı sağlar. Gerçek zamanlı MRG klinik yarar CED (rCED) rehberliğinde doğru, hedef, monitör tedavisi ve komplikasyonları belirlemek için yeteneği yatıyor. Eğitim ile rCED etkilidir ve komplikasyonları en aza indirilebilir. Beynin agarozjel modeli CED test, araştırma ve eğitim için erişilebilir bir araç sağlar. Ayrıca infüzyon görsel geribildirim sağlarken benzetilmiş beyin rCED sahte cerrahi uygulama sağlar. Infüzyon Analizler, insan beyin dokusu ile karşılaştırıldığında, acemi modelin benzerlik doğrulamak için izin dağıtım fraksiyonu (Vd / Vi) hesaplanması için olanak sağlar. Bu makale bizim agarozjel beyin fantom açıklar ve önemli beni özetliyornörolojik hastalığın tedavisi için CED infüzyon sırasında karşılaştığı ortak tuzaklar hitap ederken bir CED infüzyon ve analiz protokolleri sırasında Trics.
Introduction
Konveksiyon geliştirilmiş dağıtım (CED) habis beyin tümörü, epilepsi, metabolik hastalıklar (örneğin, Parkinson hastalığı gibi) nörodejeneratif hastalıklar, 1, felç ve travma 2 de dahil olmak üzere nörolojik bozukluklar, geniş bir spektrum için bir tedavi seçeneği olarak önerilmiştir. CED bir ilaç veya başka infüzatı dağıtımı için pozitif basınçlı toplu akışını kullanır. CED klinik olarak önemli hacimlerde 3 at, düşük yüksek değişen, moleküler bileşiklerin, güvenli, güvenilir, ve homojen teslim sağlar. Beyin dokusu Geleneksel ilaç verme ciddi, kan-beyin bariyeri 4 ile sınırlıdır. Beyin parankimi girmesini kan-beyin bariyeri blok polar ve yüksek molekül ağırlıklı molekülleri, beyindeki kılcal oluşturan endotelyal hücreler arasındaki sıkı birleşme oluşturduğu. CED yoluyla doğrudan intraparenkimal beyin infüzyon önceki terapötik ilaç dağıtım yöntemlerinin sınırlarını aşabilirve kan-beyin bariyerinden olmaz terapötik maddelerin kullanımına izin verir ve bu nedenle, uygun bir tedavi seçenekleri 5, daha önce yok olmuştur.
Sağlık ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) Araştırmacılar yalnız difüzyon 6-8 daha fazla terapötik ilaç konsantrasyonlarının ulaşmanın bir aracı olarak 1990'ların başında CED nitelendirdi. CED ilk yöntemleri, beyin içine bir ya da daha yerleştirilmesi kateterler, kateterin bir enfüzyon pompası bağlayarak, ve hedef bölgeye doğrudan terapötik maddeleri pompalama içeriyordu. Artan kısım dağılımı ve nispeten kararlı konsantrasyonu infüzyon pompası ile oluşturulan pozitif basınç dokular genişletmek ve ilacın nüfuz 9 imkan vermek için neden olarak meydana geldiği bildirilmiştir.
CED için temel teknik, büyük ölçüde ilk tarif edildiği gibi aynı kalır. Kateter tasarımı 10, infüzyon teknik ilerlemeler <sup> 11, beyin vardiya 12, 13 düzeltmek birden doğrudaş İnfüzyonları 14 optimize ve infusate kaybı 15 izlemek için hat basıncı izleme 2, ve gerçek zamanlı MR izleme tedavinin 10 güvenliğini ve etkinliğini artırmıştır. Ek önem akış hızı dahil olmak üzere, kateter tasarımı ve infüzyon strateji yerleştirilmiştir. Başarılı CED, sınırlı kateter geri akış ve doku hasarı ile, kateter tasarımı ve infüzyon hızı ile korele edilmiştir. Dar bir çap ve kateter ucu 16 da beyin kateter arayüz boyunca geri akışını hem de sınır zararı en aza indirmek için düşük bir infüzyon oranı ile bir kateterin kullanılması. Ayrıca infüzyon reflü veya anormal teslim 17 düzeltilmesi için izin verirken MR görüntüleme, görsel infüzyon kateter yerleştirme için doğru konuma teyidini ve böylece ilaç teslim sağlar. MR görüntüleri de Vd (dağıtım hacimleri yaklaşık ve izlemek için kullanılabilir) Infüzyon ilacın. Vd segmentasyon 18 için bir eşik değeri olarak çevreleyen, infüzyon jelden ortalama yukarıdaki üç standart sapmadan daha büyük, bir MR sinyal yoğunluğunu değer kullanılarak hesaplanır. Beyindeki dağıtılan ilacın hacmini temsil ettiği Vd CED için yararlı bir ölçüdür. (Vi) infüzyon hacmi ile birlikte, bir ilaç infüzyon oranı kapsadığı hacim miktarının (Vd / Vi) oluşturulabilir.
Vd, jel-kateter etkileşimleri, poroelastic özellikleri ve infüzyon bulut morfolojisi 10: Agaroz jel hayaletler gibi CED anlamak için önemli bir insan beyninin birçok önemli mekanik özelliklerini taklit. % 0.2 agaroz jel karışımları nedeniyle CED jel dilatasyon neden olduğu lokal gözenek fraksiyonu in vivo değişiklikleri taklit ettiği gösterilmiştir. Insan beynine benzer bir gözenek fraksiyonu benzer etkileşimleri ve Vd'nin 19 doğru ölçümler teşvik etmektedir. A Ek olarak, benzer konsantrasyonlardagibi% 0.6 ve% 0.8 olarak garose jeller beyin 20 benzer infüzyon basınç profillerini göstermektedir. Bundan başka, saydam agaroz jelleri kateter ve infüzyon geri akış gerçek zamanlı görselleştirme avantaj sağlar. Agaroz jel hayalet üretmek için nispeten ucuzdur. Agarozjel fantomların maliyeti nörolojik ameliyat boyunca gelecek yaygın eğitime anahtar olabilir. Bu özelliklerinden dolayı, agaroz jeller beyin dokusunun kullanmadan insan beyni infüzyon en önemli özellikleri birçok kopyalayan, yararlı bir vekil sağlamaktadır.
Yukarıda belirtildiği gibi, agaroz jel modellerine CED görüntü kılavuzlu test, araştırma ve eğitim için bir in vitro yöntem yararlı sağlar. Bu makalenin amacı, agaroz jel hayaletleri yeniden nasıl açıklamak için uygun CED test ve analiz protokolleri anahat ve nörolojik hastalığın tedavisi için CED infüzyon sırasında karşılaştığı ortak hataları hitap etmektir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Infüzyon başarısını sağlamak için kritik adımlar vardır: Havanın infüzyon hattını tasfiye agaroz jel karıştırma, MR verileri analiz, küçük iç kateter çapları kullanarak kullanarak akışını en aza indirmek için kateter tasarımlar çıktı ve tarafından hissedilen baskıyı minimize ilaç infüzyon edilmektedir jel ya da doku içine. Daha önce de belirtildiği gibi, infüzyon başarısı için en önemli zararlı infüzyon hattı havadır. Doğru ve iyice havanın infüzyon hattı temizl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Semmes-Murphey Kliniği, Memphis, Tennessee yanı sıra Memphis Tennessee Sağlık Bilimleri Merkezi Üniversitesi'nde, Tennessee Nöroşirürji bölümünde MR tesislerden personel teşekkür etmek istiyorum.
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 |
References
- Miranpuri, G. S., et al. Gene-based therapy of Parkinson’s Disease: Translation from animal model to human clinical trial employing convection enhanced delivery. Annals of Neurosciences. 19, 133-146 (2012).
- Sillay, K., Hinchman, A., Akture, E., Salamat, S., Miranpuri, G., Williams, J., Berndt, D. Convection Enhanced Delivery to the Brain: Preparing for Gene Therapy and Protein Delivery to the Brain for Functional and Restorative Neurosurgery by Understanding Low-Flow Neurocatheter Infusions Using the Alaris® System Infusion Pump. Annals of Neurosciences. 20, (2013).
- Song, D. K., Lonser, R. R. Convection-enhanced delivery for the treatment of pediatric neurologic disorders. Journal of child neurology. 23, 1231-1237 (2008).
- Bobo, R. H., et al. Convection-enhanced delivery of macromolecules in the brain. Proc Natl Acad Sci USA. 91, 2076-2080 (1994).
- Debinski, W., Tatter, S. B. Convection-enhanced delivery for the treatment of brain tumors. Expert review of neurotherapeutics. 9, 1519-1527 (2009).
- Morrison, P. F., Laske, D. W., Bobo, H., Oldfield, E. H., Dedrick, R. L. High-flow microinfusion: tissue penetration and pharmacodynamics. The American journal of physiology. 266, 292-305 (1994).
- Nguyen, T. T., et al. Convective distribution of macromolecules in the primate brain demonstrated using computerized tomography and magnetic resonance imaging. Journal of neurosurgery. 98, 584-590 (2003).
- Lonser, R. R., et al. Successful and safe perfusion of the primate brainstem: in vivo magnetic resonance imaging of macromolecular distribution during infusion. Journal of neurosurgery. 97, 905-913 (2002).
- Raghavan, R., et al. Convection-enhanced delivery of therapeutics for brain disease, and its optimization. Neurosurg Focus. 20, (2006).
- Sillay, K., et al. Benchmarking the ERG valve tip and MRI Interventions Smart Flow neurocatheter convection-enhanced delivery system’s performance in a gel model of the brain: employing infusion protocols proposed for gene therapy for Parkinson’s disease. Journal of neural engineering. 9, (2012).
- Schomberg, D., Wang, A., Marshall, H., Sillay, K., Miranpuri, G. Ramped-Rate vs. continuous rate infusions: An in vitro comparison of Convection Enhanced Delivery protocols. Annals of Neurosciences. 20, (2013).
- Sillay, K. A., et al. Perioperative Brain Shift and Deep Brain Stimulating Electrode Deformation Analysis: Implications for rigid and non-rigid devices. Ann Biomed Eng. 41, 293-304 (2013).
- Brodsky, E., Block, W., Alexander, A., Emborg, M., Ross, C., Sillay, K. Intraoperative Device Targeting using Real-Time MRI. Biomedical Sciences and Engineering Conference, BSEC. , (2011).
- Sillay, K., et al. Strategies for the delivery of multiple collinear infusion clouds in convection-enhanced delivery in the treatment of Parkinson’s disease. Stereotactic and functional neurosurgery. 91, 153-161 (2013).
- Brady, M. L., et al. Pathways of infusate loss during convection-enhanced delivery into the putamen nucleus. Stereotactic and functional neurosurgery. 91, 69-78 (2013).
- White, E., et al. An evaluation of the relationships between catheter design and tissue mechanics in achieving high-flow convection-enhanced delivery. J Neurosci Methods. 199, 87-97 (2011).
- Fiandaca, M. S., Forsayeth, J. R., Dickinson, P. J., Bankiewicz, K. S. Image-guided convection-enhanced delivery platform in the treatment of neurological diseases. Neurotherapeutics : the journal of the American Society for Experimental NeuroTherapeutics. 5, 123-127 (2008).
- Jagannathan, J., Walbridge, S., Butman, J. A., Oldfield, E. H., Lonser, R. R. Effect of ependymal and pial surfaces on convection-enhanced delivery. Journal of neurosurgery. 109, 547-552 (2008).
- Chen, Z. J., Broaddus, W. C., Viswanathan, R. R., Raghavan, R., Gillies, G. T. Intraparenchymal drug delivery via positive-pressure infusion: experimental and modeling studies of poroelasticity in brain phantom gels. IEEE transactions on bio-medical engineering. 49, 85-96 (2002).
- Chen, Z. J., et al. A realistic brain tissue phantom for intraparenchymal infusion studies. Journal of neurosurgery. 101, 314-322 (2004).
- Richardson, R. M., et al. Interventional MRI-guided Putaminal Delivery of AAV2-GDNF for a Planned Clinical Trial in Parkinson’s Disease. Mol Ther. 19, 1048-1057 (2011).
- Thorne, R. G., Hrabetova, S., Nicholson, C. Diffusion of epidermal growth factor in rat brain extracellular space measured by integrative optical imaging. Journal of neurophysiology. 92, 3471-3481 (2004).
- Panse, S. J., Fillmore, H. L., Chen, Z. J., Gillies, G. T., Broaddus, W. C. A novel coaxial tube catheter for central nervous system infusions: performance characteristics in brain phantom gel. J Med Eng Technol. 35, 408-414 (2010).
- Linninger, A. A., Somayaji, M. R., Zhang, L., Smitha Hariharan, M., Penn, R. D. Rigorous mathematical modeling techniques for optimal delivery of macromolecules to the brain. IEEE transactions on bio-medical engineering. 55, 2303-2313 (2008).
- Sampson, J. H., et al. Clinical utility of a patient-specific algorithm for simulating intracerebral drug infusions. Neuro-oncology. 9, 343-353 (2007).
