صورة موجهة-محسنة الحراري التسليم في الاغاروز جل نماذج من الدماغ
Summary
وقد اقترح محسنة الحراري التسليم (CED) كخيار لعلاج مجموعة واسعة من الأمراض العصبية. من أجل إعداد العاملين في مجال الرعاية الصحية لاعتماد تصاميم البيئة، وهناك حاجة إلى نماذج التدريب للوصول. وصفنا استخدام هلام الاغاروز كما مثل هذا النموذج من الدماغ البشري للاختبار، والبحوث، والتدريب.
Abstract
وقد اقترح محسنة الحراري التسليم (CED) كخيار لعلاج مجموعة واسعة من الأمراض العصبية. Neuroinfusion القسطرة CED يسمح لتدفق الضغط الإيجابي الأكبر على تقديم كميات أكبر من العلاجات لهدف داخل الجمجمة من الطرق لتقديم الأدوية التقليدية. الأداة المساعدة السريرية من التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي يسترشد CED (rCED) تكمن في القدرة على استهداف بدقة، ورصد العلاج، وتحديد المضاعفات. مع التدريب، rCED فعالة ويمكن التقليل من المضاعفات. نموذج agarose هلام من الدماغ يوفر أداة للوصول لاختبار تصاميم البيئة، والبحوث، والتدريب. الدماغ محاكاة rCED يسمح ممارسة الجراحة وهمية في الوقت الذي توفر أيضا ردود فعل بصرية من التسريب. تحليل التسريب يسمح لحساب الكسر توزيع (فد / سادسا) مما يتيح للمتدرب للتحقق من تشابه النموذج بالمقارنة مع أنسجة المخ البشري. يصف هذا المقال لدينا هلام الاغاروز الوهمية الدماغ ويحدد لي هامةtrics خلال CED التسريب وتحليل البروتوكولات بينما كان يلقى خطابا المزالق المشتركة التي تواجهها خلال CED التسريب لعلاج الأمراض العصبية.
Introduction
وقد اقترح محسنة الحراري التسليم (CED) كخيار لعلاج طائفة واسعة من الاضطرابات العصبية بما في ذلك الأورام الخبيثة في المخ والصرع والاضطرابات الأيضية وأمراض الاعصاب (مثل مرض باركنسون) 1، والسكتة الدماغية، والصدمات 2. CED توظف الضغط الايجابي تدفق بكميات كبيرة لتوزيع المخدرات أو infusate الأخرى. CED يوفر تسليم آمنة وموثوقة، ومتجانسة من المركبات الوزن الجزيئي، بدءا من الأقل إلى الأعلى، في وحدات التخزين ذات الصلة سريريا 3. تسليم المخدرات التقليدية لأنسجة المخ مقيدة بشدة من قبل حاجز الدم في الدماغ 4. التي شكلتها منعطفات ضيقة بين الخلايا البطانية التي تشكل الشعيرات الدموية في الدماغ، وكتل حاجز الدم في الدماغ القطبية وارتفاع جزيئات الوزن الجزيئي من دخول حمة من الدماغ. يمكن ضخ الدماغ مباشرة عبر intraparenchymal CED التغلب على القيود المفروضة على طرائق تقديم الأدوية العلاجية السابقةويسمح استخدام العوامل العلاجية التي من شأنها أن لا عبور حاجز الدم في الدماغ، وبالتالي كانت غير متوفرة سابقا باسم خيارات العلاج قابلة للحياة 5.
ووصف باحثون من المعاهد الوطنية الأميركية للصحة (NIH) تصاميم البيئة في 1990s في وقت مبكر كوسيلة لتحقيق قدر أكبر من تركيزات العقاقير العلاجية من طريق الانتشار وحدها 6-8. الطرق الأولى من تصاميم البيئة تشارك زرع واحد أو أكثر القسطرة في الدماغ، وربط مضخة التسريب إلى القسطرة، وضخ العوامل العلاجية مباشرة في المنطقة المستهدفة. وذكرت وزيادة نسبة التوزيع وتركيز مستقرة نسبيا لتحدث باسم الضغط الايجابي إنشاؤها بواسطة مضخة التسريب يؤدي لتمدد الأنسجة وتسمح لتخلل الدواء 9.
تقنية الأساسية للتصاميم البيئة لا تزال إلى حد كبير نفس وصفت لأول مرة. التقدم في تصميم القسطرة 10، تقنية الحقن <suع> 11، مراقبة ضغط سطر 2، ورصد في الوقت الحقيقي التصوير بالرنين المغناطيسي لتصحيح التحول الدماغ 12 و 13، وتحسين دفعات متعددة على خط واحد 14، ورصد لفقدان infusate 15 زادت سلامة وفعالية العلاج 10. وقد وضعت أهمية إضافية على تصميم القسطرة واستراتيجية التسريب بما في ذلك معدل التدفق. ناجحة تصاميم البيئة، مع ارتداد محدودة القسطرة وتلف الأنسجة، وارتبط مع تصميم القسطرة ومعدل التسريب. استخدام القسطرة التي يبلغ قطرها ضيق ومعدل ضخ منخفضة للحد ارتجاعي على طول واجهة الدماغ القسطرة وكذلك الضرر الحد في طرف القسطرة 16. يوفر MR التصوير تأكيدا البصرية من الموقع الصحيح لوضع القسطرة التسريب، وبالتالي تسليم المخدرات، مع السماح أيضا لتصحيح الجزر التسريب أو تسليم الشاذة 17. ويمكن أيضا أن تستخدم صور الرنين المغناطيسي لتقريب وتتبع كميات التوزيع (فد) من المخدرات التي غرست. يتم حساب فد باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي قيمة كثافة إشارة أكبر من ثلاثة انحرافات معيارية فوق المتوسط من هلام المحيطة غير غرست باعتباره عتبة لتجزئة 18. وفد هو قياس مفيدة لتصاميم البيئة لأنه يمثل حجم المخدرات وزعت في الدماغ. جنبا إلى جنب مع حجم غرست (السادس)، يمكن أن تتولد نسبة (فد / سادسا) قياس مستوى الصوت عن طريق المخدرات التي غرست تغطيتها.
أشباح agarose هلام تحاكي العديد من الخصائص الميكانيكية الحاسمة من الدماغ البشري مهم لفهم CED مثل: مرض جنسي، والتفاعلات هلام القسطرة، خصائص poroelastic، وضخ سحابة مورفولوجيا 10. وقد ثبت خليط من 0.2٪ agarose هلام لتقليد في الجسم الحي التغييرات في جزء المسام المحلية الناجمة عن هلام تمدد بسبب نقص الطاقة المزمن. A جزء المسام مماثلة لدماغ الإنسان يشجع التفاعلات مماثلة وقياسات دقيقة للفد 19. بالإضافة إلى ذلك، تركيزات مماثلة لالمواد الهلامية garose مثل 0.6٪ و 0.8٪ وقد أظهرت ملامح مماثلة ضغط التسريب إلى الدماغ 20. علاوة على ذلك، توفر المواد الهلامية الاغاروز شفافة ميزة التصور في الوقت الحقيقي من وضع القسطرة التسريب والجزر. أشباح agarose هلام غير مكلفة نسبيا لإنتاج. تكلفة الأشباح agarose هلام قد يكون المفتاح لتدريب واسع النطاق في جميع أنحاء المستقبل الجراحة العصبية. بسبب هذه الخصائص، وتوفير المواد الهلامية الاغاروز بديل مفيد، تكرار العديد من السمات الرئيسية من ضخ الدماغ البشري من دون استخدام أنسجة المخ.
كما ذكر أعلاه، الصورة الموجهة CED في نماذج agarose هلام يوفر طريقة مفيدة في المختبر لاختبار، والبحوث، والتدريب. الغرض من هذه المقالة هو لوصف كيفية إعادة الأشباح agarose هلام، لتوضيح المناسبة بروتوكولات CED الاختبار والتحليل، ومعالجة الأخطاء الشائعة التي يواجهها خلال ضخ CED لعلاج الأمراض العصبية.
Protocol
Representative Results
Discussion
الخطوات الحاسمة لضمان نجاح التسريب هي: تطهير خط ضخ الهواء، خلط agarose هلام، وتحليل البيانات MR، وذلك باستخدام القسطرة الداخلية بأقطار صغيرة، وذلك باستخدام القسطرة صعدت التصاميم للحد من قلس، والتقليل من الضغط الذي يشعر به هلام أو الأنسجة في الذي يجري غرست المخدرات. ك…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أود أن أشكر الموظفين من مرافق التصوير بالرنين المغناطيسي في عيادة Semmes-ميرفى ممفيس، تينيسي، وكذلك قسم جراحة الأعصاب في جامعة تينيسي مركز علوم الصحة في مدينة ممفيس بولاية تينيسي.
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 |
Riferimenti
- 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).
