通过颅内注射和磁共振成像对大脑转移进行建模
Summary
颅内脑转移建模由于无法以精确和及时的方法监测肿瘤大小和治疗反应而变得复杂。该方法将颅内肿瘤注射与磁共振成像分析相结合，结合后，培养精确一致的注射，增强动物监测，并精确测量肿瘤体积。
Abstract
癌症的转移性传播是疾病进展、侵略性癌症亚型和/或晚期诊断的不幸后果。脑转移是特别具有破坏性的，难以治疗，并造成不良的预后。虽然美国脑转移的准确发生率仍然难以估计，但随着颅外疗法在治疗癌症方面继续变得更加有效，这种发病率可能会增加。因此，有必要确定并开发新的治疗方法，以治疗转移在这个网站。为此，癌细胞颅内注射已成为模拟脑转移的成熟方法。以前，无法直接测量肿瘤生长一直是该模型的技术障碍;然而，增加小动物成像模式（如磁共振成像（MRI）的可用性和质量，极大地提高了监测肿瘤随时间增长和推断实验期间大脑内变化的能力。在这里，在颅内注射莫林乳腺肿瘤细胞到免疫功能小鼠，其次是MRI证明。提出的注射方法采用异氟兰麻醉和立体定向设置，采用数字控制、自动钻头和针头注射，提高精度，减少技术误差。MRI 是随着时间的推移测量使用 9.4 特斯拉仪器在俄亥俄州立大学詹姆斯综合癌症中心小动物成像共享资源。肿瘤体积测量通过使用 ImageJ 在每个时间点进行演示。总体而言，这种颅内注射方法允许精确的注射、日常监测和精确的肿瘤体积测量，这极大地增强了该模型系统的实用性，以测试大脑转移驱动因素的新假设。
Introduction
脑转移是成人原发中枢神经系统肿瘤1的10倍，而且几乎每一种实体肿瘤类型中都有肺癌、乳腺癌、黑色素瘤，发病率最高2。无论原发性肿瘤位点如何，大脑转移的发展导致预后不良，通常与认知衰退、持续性头痛、癫痫发作、行为和/或性格变化,1、3、4、534,相关。1在乳腺癌方面，在预防和治疗该疾病方面有许多进展。然而，30%的乳腺癌诊断妇女将继续发展转移，和那些有第四阶段疾病，约7%（SEER 2010-2013）有脑转移6,6，7。目前脑转移的治疗方案包括手术切除、立体定向放射外科和/或全脑放射治疗。然而，即使这种积极的治疗，这些患者的中位数生存是短短的8-11个月7,7，8，9。,9这些严峻的统计数字有力地支持了确定和实施新颖、有效的治疗策略。因此，与转移至大脑的所有癌症一样，在实验室中正确模拟与乳腺癌相关的脑转移 （BCBM） 以确保该领域的显著进展至关重要。
迄今为止，研究人员已经利用各种方法研究转移大脑的机制，每种机制都有其独特的优点和局限性,。实验转移方法，如尾静脉和心内注射将肿瘤细胞扩散到全身，并可能导致其他转移部位的巨大肿瘤负担，具体取决于注射的细胞。如果这些结果被具体研究到大脑的转移，那么这些结果会混淆。胡萝卜内动脉注射方法是有利的，因为它特别针对肿瘤细胞的大脑播种，但是有限的，因为它可能在技术上很难执行。正畸原发肿瘤切除通常被认为是最临床相关的转移模型，因为它重述了整个转移级联。然而，这种方法涉及长时间等待自发转移发生，大脑转移率显著低于其他转移位点，如淋巴结，肺和肝脏。通常，动物必须从研究中去除由于肿瘤负担在这些其他转移位点之前，大脑转移的发展。其他涉及脑热带细胞系的方法在转移至大脑时是有效的;然而，这些模型是有限的，因为它们需要时间来发展，并经常失去他们的tropism与传播。,鉴于这些局限性，研究人员经常使用颅内注射方法，以不同方法,,,,15、16、17、18、19,等不同方法对癌症转移11、12、13、1418进行模型模型。121314 1617人们承认，这种方法同样有局限性，最重要的是，它不允许调查早期转移步骤，包括从原发性肿瘤中进，通过血脑屏障的切开，以及在大脑内建立。然而，它确实允许研究人员测试（1）哪些肿瘤衍生因素调解大脑内的生长（例如，肿瘤细胞中致癌因子的基因操作），（2）转移性微环境的变化如何改变本部位的癌症生长（例如，转基因小鼠与改变的频基成分的比较）和（3）新治疗策略对既定病变生长的有效性。
鉴于颅内注射模型的潜在效用，绝对有必要减少注射过程中的技术误差，并精确监测肿瘤的生长。本文描述的方法包括连续注射气体麻醉，并使用立体定向钻和注射支架将肿瘤细胞直接植入脑中。管理气体麻醉剂可以微调麻醉的深度和长度，并确保快速和顺利的恢复。数字控制的自动钻头和针注射系统提高了喷注现场的精度，并减少了钻孔和手注射方法经常产生的技术错误。磁共振成像（MRI）的使用进一步提高了监测肿瘤生长、肿瘤体积、组织反应、肿瘤坏死和治疗反应的精度。MRI是软组织20、21,的成像方式。这种成像技术不使用电离辐射，比计算机断层扫描 （CT） 更可取，尤其是在研究过程中进行多次成像。MRI 具有比 CT 或超声波成像 （USG） 更大的可用软组织对比度范围，并更详细地呈现解剖学。它更敏感和具体的大脑本身的异常。MRI 可以在任何成像平面上执行，而无需像 2D USG 或 2D 光学成像那样以物理方式移动主体。重要的是要提一下，头骨不像其他成像方式那样衰减MRI信号。MRI 允许评估可能被 CT 或 USG 中骨骼中的伪影遮盖的结构。另一个优点是，有许多对比剂可用于MRI，这增强了病变检测极限，具有相对较低的毒性或副作用。重要的是，MRI 允许实时监测，不像在尸检时进行组织学评估，而肿瘤体积的破译是有限的。其他成像模式，如生物发光成像，确实对早期肿瘤的检测和监测是有效的;然而，这种方法需要细胞系的遗传处理（例如，荧光酶/GFP标记），并且不允许进行体积测量。MRI 是进一步有利的，因为它反映了患者监测和下游体积分析的 MR 图像已知与肿瘤大小在尸检22强烈相关。使用 MRI 筛查进行串行监测也会增加神经损伤的临床监测（如果出现）。
总的来说，立体定向颅内肿瘤注射方法，以及连续MRI，使我们能够产生可靠、可预测和可测量的结果，以研究癌症中脑转移的机制。
Protocol
Representative Results
Discussion
利用颅内注射，然后使用MRI进行串行监测，为肿瘤生长提供了独特的能力，使肿瘤体积在一段时间内具有准确性。数字成像分析的应用允许解释脑损伤的肿瘤体积，出血，坏死，和治疗的反应。
与任何过程一样，要取得成功，必须遵循一些关键步骤。首先，仔细设置立体定向设备是该技术成功的关键。由于小尺寸的鼠颅，轻微的不协调会导致肿瘤生长速度和实验动物的显著?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
代表数据由国家癌症研究所（K22CA218472至G.M资助。在俄亥俄州立大学综合癌症中心目标验证共享资源（主任 – Reena Shakya 博士）中进行颅内注射，在俄亥俄州立大学综合癌症中心小动物成像共享资源（主任 – Kimerly Powell 博士）中进行 MRI。这两项共享资源都通过 OSUCCC、来自国家癌症研究所的 OSUCCC 癌症中心支持赠款 （P30 CA016058）、 与俄亥俄州立大学学院和部门的伙伴关系以及建立的退款系统提供资金。
Materials
| Surgical Materials | |||
| Betadine | Purdue Products | 19-027132 | Povidone-iodine, 7.5% |
| Bone Wax | Surgical Specialities | 903 | Sterile and malleable beeswax and isopropyl palmitate |
| Buponorphine SR-Lab | ZooPharm | N/A | Long acting injectable analgesic 5 mL (0.5 mg/mL) polymetric formulation |
| Cotton tip applicators | Puritan | 25-806 10WC | Sterile long stemmed cotton tip applicators |
| Eye Ointment | Puralube | 17033-211-38 | Lubricating petrolatum and mineral oil based ophthalmic ointment |
| Handwarmers | Hothands | HH2 | Air-activated heat packs |
| Ibuprofen | Up & Up | 094-01-0245 | 100mg per 5mL in liquid suspension |
| Isoflurane | Henry Schein INC | 1182097 | Liquid anesthetic for use in anesthetic vaporizer |
| Scalpels | Integra Miltex | 4-410 | #10 disposable scalpel blade |
| Skin Glue | Vetbond | 1469SB | Skin safe wounds adhesive |
| Sterile Dressing | TIDI Products | 25-517 | Individually packed sterile drapes |
| Suture | Covidien | SP5686G | 45cm swedged 5-0 monofilament polypropylene suture |
| Stereotaxic Unit | |||
| High Speed Drill (Foredom) | Kopf | Model 1474 | Max of 38,000 RPM |
| Mouse Gas Anesthesia Head Holder | Kopf | Model 923-B | Mouth bar with teeth hole and nosecone |
| Non-Rupture Ear Bars | Kopf | Model 922 | Ear bars suitable for mouse applications |
| Stereotaxic Instrument | Kopf | Model 940 | Base plate, frame and linear scale assembly with digital readout monitor |
| Injector | |||
| Injector Needle and syringe | Hamilton | 80366 | 26 gauge needle, 51 mm needle length and 10 μL volume syringe |
| Legato 130A automated Syringe Pump | KD Scientific | P/N: 788130 | Programmable touch screen base with automated injector |
| Anesthesia Machine | |||
| SomnoSuite Low-Flow Digital Vaporizer | Kent Scientific | SS-01 | Digital anesthesia machine |
| SomnoSuite Starter Kit for mice | Kent Scientific | SOMNO-MSEKIT | Includes induction chamber, 2x anesthesia syringes, 18" tubing, plastic nosecone, 2x waste aneshesia gas canisters |
References
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