Guidée par l'image convection-enhanced livraison en modèles Agarose Gel du cerveau
Summary
livraison de convection-enhanced (CED) a été proposée comme une option de traitement pour un large éventail de maladies neurologiques. Afin de préparer les professionnels de la santé pour l'adoption de DEC, les modèles de formation accessibles sont nécessaires. Nous décrivons l'utilisation d'un gel d'agarose en tant que tel modèle du cerveau humain pour le test, la recherche et la formation.
Abstract
livraison de convection-enhanced (CED) a été proposée comme une option de traitement pour un large éventail de maladies neurologiques. Neuroinfusion cathéter DEC permet de écoulement de la masse de pression positive pour offrir de plus grandes quantités de produits thérapeutiques destinés à une cible intracrânienne que les méthodes d'administration de médicaments traditionnels. L'utilité clinique de vrai IRM temps guidé DEC (RCED) réside dans la capacité de cibler avec précision, surveiller le traitement et identifier les complications. Avec la formation, RCED est efficace et les complications peuvent être minimisés. Le modèle de gel d'agarose du cerveau est un outil accessible pour les tests de DEC, la recherche et la formation. Cerveau simulé RCED permet en pratique de la chirurgie simulée, tout en fournissant une rétroaction visuelle de la perfusion. Analyse de perfusion permet le calcul de la fraction de distribution (Vd / Vi) permettant à l'élève de vérifier la similitude du modèle par rapport aux tissus du cerveau humain. Cet article décrit notre gel d'agarose cerveau fantôme et décrit moi importantetrics cours des protocoles de perfusion et d'analyse de DEC tout en répondant aux pièges les plus courants rencontrés lors de la perfusion de DEC pour le traitement des maladies neurologiques.
Introduction
livraison de convection-enhanced (CED) a été proposée comme une option de traitement pour un large éventail de troubles neurologiques, y compris les tumeurs malignes du cerveau, l'épilepsie, les troubles métaboliques, les maladies neurodégénératives (comme la maladie de Parkinson) 1, le coup et traumatisme 2. DEC emploie flux massique à pression positive pour la distribution d'un médicament ou d'une autre solution de perfusion. DEC fournit une livraison sûre, fiable et homogène des composés de poids moléculaire, allant de faible à élevé, à des volumes cliniquement pertinentes 3. L'administration de médicaments traditionnels aux tissus du cerveau est sévèrement limitée par la barrière hémato-encéphalique 4. Formé par les jonctions serrées entre les cellules endothéliales qui forment les capillaires dans le cerveau, les blocs barrière hémato-encéphalique et polaire des molécules de haut poids moléculaire de pénétrer dans le parenchyme du cerveau. Direct perfusion cérébrale intraparenchymateuse par DEC peut surmonter les limites des thérapeutiques modalités de délivrance de médicaments précédentset permet l'utilisation d'agents thérapeutiques qui ne serait pas traverser la barrière hémato-encéphalique, et ont donc été disponibles auparavant comme options de traitement viables 5.
Les chercheurs de l'US National Institutes of Health (NIH) ont décrit DEC dans les années 1990 comme un moyen de réaliser de plus grandes concentrations thérapeutiques que par diffusion seul 6-8. Les premières méthodes de CED impliqués implantation d'un ou plusieurs cathéters dans le cerveau, la connexion d'une pompe de perfusion vers le cathéter, et le pompage des agents thérapeutiques directement dans la région ciblée. La fraction accrue de la distribution et de la concentration relativement stable est rapporté à se produire lorsque la pression positive créée par la pompe de perfusion des tissus provoque une dilatation et permettent la perméation du médicament 9.
La technique fondamentale pour CED reste largement la même comme il a été décrit pour la première. Les progrès de la conception du cathéter 10, la technique de perfusion <sup> 11, contrôle de la pression de la ligne 2, et le suivi de l'IRM en temps réel pour corriger cerveau quart de 12, 13, optimiser plusieurs perfusions colinéaires 14, et de surveiller la perte infusat 15 ont augmenté la sécurité et l'efficacité du traitement 10. Une importance accrue a été accordée à la conception du cathéter et de la stratégie de perfusion, y compris débit. Successful DEC, avec reflux limité de cathéter et des dommages aux tissus, a été corrélée avec la conception de cathéter et la vitesse de perfusion. L'utilisation d'un cathéter avec un petit diamètre et un faible taux de perfusion de limiter le refoulement le long de l'interface cerveau-cathéter ainsi que de limiter les dommages à l'extrémité du cathéter 16. L'IRM permet la confirmation visuelle de l'emplacement correct pour le placement du cathéter de perfusion, et donc l'administration de médicaments, tout en permettant également la correction des reflux d'infusion ou la livraison aberrante 17. Images IRM peuvent également être utilisés pour se rapprocher et de suivre les volumes de distribution (Vd) Du médicament perfusé. Le Vd est calculée en utilisant une valeur d'intensité du signal d'imagerie par RM supérieure à trois écarts types au-dessus de la moyenne à partir du gel non infuse entourant comme un seuil pour la segmentation 18. Le Vd est une mesure utile pour DEC, car elle représente le volume du médicament distribué dans le cerveau. Avec le volume perfusé (Vi), un rapport peut être généré (Vd / Vi) quantifier le volume couvert par le médicament perfusé.
Fantômes de gel d'agarose imitent plusieurs propriétés mécaniques essentielles du cerveau humain importants pour la compréhension de DEC telles que: Vd, interactions gel cathéter, propriétés poro-élastiques, et perfusion nuage morphologie 10. Il a été démontré mélanges de gel d'agarose 0,2% à imiter les changements in vivo de la fraction des pores locale causés par gel dilatation due à DEC. Une fraction de pores similaire à cerveau humain favorise les interactions similaires et des mesures précises de Vd 19. En outre, des concentrations similaires d'ungarose tels que des gels de 0,6% et 0,8% ont montré des profils de pression de perfusion du cerveau similaires à 20. En outre, les gels d'agarose translucides offrent l'avantage de visualisation en temps réel de la pose du cathéter et de la perfusion un reflux. Fantômes de gel d'agarose sont relativement peu coûteux à produire. Le coût des fantômes de gel d'agarose peut être la clé de la formation future répandue dans la chirurgie neurologique. En raison de ces propriétés, les gels d'agarose fournissent un substitut utile, reproduisant un grand nombre des principaux attributs de perfusion du cerveau humain, sans l'utilisation du tissu cérébral.
Comme indiqué ci-dessus, guidée par l'image CED dans les modèles de gel d'agarose fournit un effet bénéfique méthode in vitro pour les tests, la recherche et la formation. Le but de cet article est de décrire comment recréer fantômes de gel d'agarose, d'esquisser des protocoles d'essai et d'analyse DEC appropriées, et de traiter les erreurs courantes rencontrées lors des perfusions de DEC pour le traitement des maladies neurologiques.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les étapes essentielles pour assurer le succès de la perfusion sont: la purge de la ligne de perfusion de l'air, en mélangeant le gel d'agarose, l'analyse des données de RM, l'utilisation de petits diamètres de cathéter interne, en utilisant des gradins des conceptions de cathéters pour réduire au minimum le reflux, et en minimisant la pression ressentie par l' gel ou de tissu dans lequel le médicament est perfusé. Comme indiqué précédemment, le principal détriment de la réussite…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier le personnel des installations d'IRM à la Clinique de Semmes-Murphey, Memphis, Tennessee, ainsi que le département de neurochirurgie à l'Université de Tennessee Health Science Center à Memphis, Tennessee.
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 |
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