PET や MRI 誘導照射ラットの神経膠芽腫モデルのマイクロ照射器を使用して
Summary
過去には、小動物照射だった能力よく線引き腫瘍体積をターゲットすることがなく実行通常。目標は、ラットにおけるひと膠芽腫の治療を模倣することでした。小動物照射プラットフォームを使用して、PET ベース部分のボリュームを高める臨床設定での MRI ガイド下 3 D 等角照射を行った。
Abstract
何十年も、小動物の放射線研究主用いてかなり原油実験組み立て能力なしの単純な単一ビーム技術を適用特定またはよく線引き腫瘍体積を対象とします。放射線の配信は、固定放射線源またはメガボルトコーンビーム (MV) x 線の生産の直線加速装置を使用して達成されました。これらのデバイスが小動物に必要なサブミリ精度を達成することができます。さらに、高用量は、健全な周囲組織障害応答評価に配信されます。、小動物実験と人間の間の翻訳を向上させるため、私たちの目標は、ラット モデルにおけるひと膠芽腫の治療を模倣するでした。臨床設定でより正確な照射を有効にするには、最近では、高精度画像誘導小動物放射線研究プラットフォームは開発されました。人間の計画システムと同様に、これらのマイクロ効果反射の計画治療はコンピューター断層撮影 (CT) に基づいています。CT 上低軟部組織コントラストを脳など、特定の組織内のターゲットをローカライズするのには非常に困難になります。したがって、優れた軟部組織コントラスト CT と比較して、磁気共鳴イメージング (MRI) を組み込むと、照射対象のより正確な描写が可能になります。最後は、ポジトロン断層法 (PET) など 10 年間も生体イメージングは放射線療法治療について関心を得た。ペットは、例えば、グルコース消費、アミノ酸の輸送、または低酸素症、腫瘍の存在の可視化を実現。 にします。高い線量と腫瘍のそれらの高い増殖または抵抗性部分をターゲット生存延長効果を与えることができます。この仮説は、生物学的腫瘍体積 (BTV)、従来の総ターゲット ・ ボリューム (GTV) ほか、臨床ターゲット ・ ボリューム (CTV) と計画されたターゲット ・ ボリューム (PTV) の導入につながった。
ゲント大学の臨床のイメージング研究室でマイクロ照射、小動物、ペット、7 T 小動物の MRI があります。目標は、MRI ガイド下照射、ペット ガイド副ボリュームを神経膠芽腫のラットモデルにおける強化を組み込むことだった。
Introduction
悪性グリオーマは、現在の治療法にもかかわらず 1 年間の生存期間の中央値で大人で最も一般的なと最も積極的な悪性脳腫瘍です。標準治療では、結合外部ビーム放射線療法 (RT) が続く最大の外科的切除とテモゾロミド (TMZ) メンテナンス TMZ1,2,3に続いてを含まれています。導入以来 TMZ よりも 15 年前今、大幅に改善されていないこれらの腫瘍の治療に。したがって、新しい治療戦略の実施が急務で、小動物癌療法モデル (大抵マウス、ラット) で最初に調べる必要があります。腫瘍軸受け齧歯動物モデルは、新しい、複雑な放射のプロトコル、おそらく放射線応答を評価したりラジオ保護エージェントを調査する他 (新) 処理剤併用の有効性を調査する使用できます。臨床放射線研究の主な利点は、齧歯動物の短い寿命のための迅速なデータ収率で生じる大規模なコホートを用いた制御実験条件下で動作する機能です。臨床所見は、現在練習4でよりもより速くより効率的な方法で臨床試験に変換する必要があります。
最後の十年の小さな動物の放射線実験は固定放射線源5,6,7,例えば, 137を使用して達成されて通常ある Cs、 60Co、同位体、またはリニアアクセラレータ MV x 線6,8,9,,10111 つ放射を適用する人間の臨床使用のためのもの。ただし、これらのデバイスでは、小動物12に必要なサブミリ精度は到達しません。さらに、MV x 線特性を持っている小さな目標を照射には不向きなど動物順程度梁の助走区間における空気組織界面線量蓄積サイズ4,6 ,8,9,10,11。後者それは周囲の正常な脳組織4,8,9,10,11を温存しながら腫瘍に均一な線量を提供する非常に困難です。したがって、どの程度現在の動物研究はまだ、モダンな RT 練習12に関連することは明らかです。この点で、最近開発された三次元 (3 D) 正角小動物マイクロ-効果反射が高度な 3 D 画像誘導 RT 技術、強度変調放射線治療 (IMRT) などの技術のギャップを埋めることを約束または人間で現在小動物照射4,13等角の円弧。これらのプラットフォームを作る鋭い penumbras を取得し、線量の蓄積を回避する kilovoltage (kV) x 線源の使用。これらのプラットフォームは、コンピューター制御における位置決め、kV 動物イメージング、放射線治療、様々 な角度放射線ビームを形成するコリメート システムから放射線配信を許可するように回転ガントリー アセンブリ用 x 線源4. 2011 年ゲント大学 (図 1) の臨床画像研究室でマイクロ照射器を設置。このシステムは現代人間の放射線治療の練習に似ています、さまざまな放射線療法、複雑な放射スキームのための画像誘導のサブ目標ブースト研究との相乗効果などの臨床実験。
治療計画これらのマイクロ効果反射には、CT、人間計画システム14,15に相当するに基づいています。Ct、治療中に使用される同じ kV の x 線管との組み合わせで搭載の x 線検出器が使用されます。正確な動物の位置決めは、セグメンテーションの個々 の放射線量計算に必要な情報を提供するいますと、ct が使用されます。ただし、CT で軟部組織コントラストの低いため悪性グリオーマなどの小動物の脳のイメージング、腫瘍は簡単に線引きできません。マルチモダリティ イメージング定款、正確なターゲット ボリュームの描写が必要です。MRI は CT と比較して、大幅に優れた軟部組織コントラストを提供します。これは、ため、ターゲット ボリューム上に示すように病変部に照射し、周囲の組織を防止する支援の多くに良い描写になります病変境界を視覚化する簡単図 24、 16。追加の利点は、非電離放射線、電離放射線を使用している CT とは異なり、MRI を使用です。MRI の主要な不利な点は比較的長い獲得の時間そして高い運用コストです。氏 LINACS の最近の開発でも、この分野で進展しているが必要な電子密度情報は提供されません、MRI スキャンは、線量計算には使用できませんに注意することが重要です。など、複合 CT/MRI データセットは、(mri ボリューム) をターゲットおよび線量計算 (CT ベースの電子密度) のために必要な情報の両方を含む、悪性神経膠腫の照射を計画に適した方法です。
小動物照射と臨床ルーチン間のギャップを減らすには、MRI 明確にする必要があります-照射、マイクロの仕事の流れに統合する MRI と CT はこれまで簡単で正しい登録を必要とします。本稿は MRI ガイド下 3 D 等角照射ラットにおける神経膠芽腫は、説明、F98 のため私たちのプロトコルでされている最近17出版。
マイクロ照射のワークフローでは CT や MRI を取り入れた小動物照射研究で明確な一歩ですが、これらの解剖学的イメージング技術はターゲット ・ ボリュームの完全な定義を常に許可しています。CT や MRI で脳の病理学的変化は、高められた水コンテンツ (浮腫) と血液脳関門や造影剤の漏出によって特徴付けられます。ただし、コントラスト強調と T2 強調 MRI 上の超強烈な領域は常に腫瘍の浸潤範囲を正確に測定。腫瘍細胞は、コントラストを向上させる12の余白をはるかに超えて検出されています。また、これらの技術のどれもは、治療抵抗性、再発の可能性があります腫瘍の中で最も積極的な部分を識別できます。したがって、分子イメージング技術のペットが RT の付加価値を持っているようなからの追加情報対象ボリューム定義と生物学的経路体内12,18を可視化するこれらの技術を有効にするため 19。
2000 年に陵らは、解剖学的および機能的なイメージングを彼らは何と呼ばれる多次元の等角の放射線療法20につながる放射線治療ワークフローに統合することにより生物学的ターゲット ・ ボリューム (BTV) の概念を導入しました。これは、たとえば PET 画像を使用してターゲット地域に不均一線量を提供することをターゲットに線量を向上する可能性を作成します。最も広く腫瘍ステージング用ペット トレーサーを使用し、治療を監視するための応答がフッ素 18 (18F) 標識フルオロデオキシグル コース (FDG) グルコース代謝21を可視化します。頭頸部癌、前研究は18F-FDG の使用が実際腫瘍体積のより良い推定値につながったことが CT と MRI の22と比較して、病理標本によって定義されているに示しています。原発性脳腫瘍で腫瘍の FDG が正常脳、最近18F fluoroetthyltyrosine 11C-メチオニンなどのアミノ酸から非常に強力なバック グラウンド信号 (FET) のために便利、GTV について検討しました。アミノ酸 PET や MRI を用いた GTVs23の頻繁にマーク付きの違いを描写。ただし、この発見の意味の調査の前向き試験はまだ行われていません。本研究では、アミノ酸トレーサー 18F FET と低酸素トレーサー 18F-fluoroazomycin-シタラビン (18F ラ FAZA) を選択しました。18F FET と18F ラ FAZA 選ばれた増加のアミノ酸取り込みの GB 腫瘍増殖率と相関が強いため低酸素症ペット トレーサーの通風管 (化学療法) 放射線治療18への抵抗と相関しているに対し,23. ラット F98 GB 腫瘍のペット定義の部品に追加の線量を与えることによって最適化されたサブのボリュームを高めるマイクロ照射器を使用しています。
Protocol
Representative Results
Discussion
ラット脳における神経膠芽腫腫瘍ターゲットの正確な照射を実現するには、マイクロ照射器のオンボード CT ガイドは十分でした。脳腫瘍は、コントラスト強調される場合でもほとんどが不足している軟部組織コントラストが原因で表示。そのため、MRI はより正確な照射を許可する含まれる必要があります。7 T システムでできたマイクロ照射による CT シーケンシャル氏獲得を使用して脳のコ…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、この作業を支援するスティヒティング ルカ Hemelaere、国際ソロプチミストを感謝したいです。
Materials
| GB RAT model | |||
| F98 Glioblastoma cell line | ATCC | CRL-2397 | |
| Fischer F344/Ico crl Rats | Charles River | N/A | http://www.criver.com/products-services/basic-research/find-a-model/fischer-344-rat |
| Micropump system | World Precision Instruments | UMP3 | Micro 4: https://www.wpiinc.com/products/top-products/make-selection-ump3-ultramicropump/#tabs-1 |
| Stereotactic frame | Kopf | 902 | Model 902 Dual Small Animal Stereotaxic frame |
| diamant drill | Velleman | VTHD02 | https://www.velleman.eu/products/view/?id=370450 |
| Bone wax | Aesculap | 1029754 | https://www.aesculapusa.com/products/wound-closure/hemostatic-bone-wax |
| Insulin syringe Microfine | Beckton-Dickinson | 320924 | 1 mL, 29G |
| InfraPhil IR lamp | Philips | HP3616/01 | |
| Ethilon | Ethicon | 662G/662H | FS-2, 4-0, 3/8, 19 mm |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cell culture | |||
| DMEM | Invitrogen | 14040-091 | |
| Penicilline-streptomycine | Invitrogen | 15140-148 | |
| L-glutamine | Invitrogen | 25030-032 | |
| Fungizone | Invitrogen | 15290-018 | |
| Trypsin-EDTA | Invitrogen | 25300-062 | |
| PBS | Invitrogen | 14040-224 | |
| Falcons | Thermo Scientific | 178883 | 175 cm2 nunclon surface, disposables for cell culture with filter caps |
| Cell freezing medium | Sigma-aldrich | C6164 | Cell Freezing Medium-DMSO, sterile-filtered, suitable for cell culture, endotoxin tested |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Animal irradiation | |||
| Micro-irradiator | X-strahl | SARRP | |
| software for irradiation | X-strahl | MuriPlan | pre-clinical treatment planning system (PCTPS), version 2.0.5. |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Small animal PET | |||
| microPET system possibility 1 | Molecubes | B-Cube | http://www.molecubes.com/b-cube/ |
| microPET system possibility 2 | TriFoil Imaging, Northridge CA | FLEX Triumph II | http://www.trifoilimaging.com |
| PET tracers | In-house made | 18F-FDG, 18F-FET, 18F-FAZA, 18F-Choline | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Small animal MRI | |||
| microMRI system | Bruker Biospin | Pharmascan 70/16 | https://www.bruker.com/products/mr/preclinical-mri/pharmascan/overview.html |
| Dotarem contrast agent | Guerbet | MRI contrast agent, Dotarem 0,5 mmol/ml | |
| rat whole body transmitter coil | Rapid Biomedical | V-HLS-070 | |
| rat brain surface coil | Rapid Biomedical | P-H02LE-070 | |
| Water-based heating unit | Bruker Biospin | MT0125 | |
| 30 G Needle for IV injection | Beckton-Dickinson | 305128 | 30 G |
| PE 10 tubing (60 cm/injection) | Instech laboratories, Inc | BTPE-10 | BTPE-10, polyethylene tubing 0.011 x .024 in (0.28 x 60 mm), non sterile, 30 m (98 ft) spool, Instech laboratories, Inc Plymouth meeting PA USA- (800) 443-4227- http://www.instechlabs.com |
| non-heparinised micro haematocrit capillaries | GMBH | 7493 21 | these capillaries are filled with water to create markers visible on MRI and CT |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Consumables | |||
| isoflurane: Isoflo | Zoetis | B506 | Anaesthesia |
| ketamine: Ketamidor | Ecuphar | Anaesthesia | |
| xylazine: Sedaxyl | Codifar NV | Anaesthesia | |
| catheter | Terumo | Versatus-W | 26G |
| Temozolomide | Sigma-aldrich | T2577-100MG | chemotherapy |
| DMSO | Sigma-aldrich | 276855-100ML | |
| Insulin syringe Microfine | Beckton-Dickinson | 320924 | 1 mL, 29G |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Image analysis | |||
| PMOD software | PMOD technologies LLC | PFUS (fusion tool) | biomedical image quantification software (BIQS), version 3.405, https://www.pmod.com/web/?portfolio=22-image-processing-pfus |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Anesthesia-equipment | |||
| Anesthetic movabe unit | ASA LTD | ASA 0039 | ASA LTD, 5 valley road, Keighley, BD21 4LZ |
| Oxygen generator | Veterinary technics Int. | 7F-3 | BDO-Medipass, Ijmuiden |
Referenzen
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