애완 동물 및 MRI 유도 세포종 쥐 모델의 방사선 마이크로 irradiator를 사용 하 여
Summary
과거에 작은 동물 조사 대상 잘 delineated 종양 볼륨 수 없이 일반적으로 수행 되었다. 목표는 쥐에서 인간 세포종의 치료를 모방 했다. 작은 동물 조사 플랫폼을 사용 하 여, 우리는 MRI 기반 3D 등각 방사선 조사 전 임상 설정에서 애완 동물 기반 하위 볼륨 증폭을 수행.
Abstract
수십 년 동안, 작은 동물 방사선 연구 대상 특정 이나 잘 delineated 종양 볼륨을 상당히 조잡 실험 설정 능력 없이 간단한 단일 빔 기술을 적용을 사용 하 여 주로 수행 되었다. 방사선의 납품 고정된 방사선 또는 megavoltage (MV) 엑스레이 생산 하는 선형 가속기를 사용 하 여 달성 되었다. 이 소자는 작은 동물에 필요한 서브 밀리미터 정밀도 달성 하기 위해 수 없습니다. 또한, 높은 복용량은 건강 한 주변 조직 바구니 응답 평가를 전달. 작은 동물 연구와 인간 사이 변환을 증가, 우리의 목표는 쥐 모델에서 인간의 세포종의 치료를 모방 했다. 전 임상 설정에서 더 정확한 조사를 활성화 하려면 최근, 정밀 이미지 유도 작은 동물 방사선 연구 플랫폼은 개발 되었다. 마찬가지로 인간의 계획 시스템, 치료 이러한 마이크로-균 장치에 계획은 컴퓨터 단층 촬영 (CT)에 기반. 그러나 CT에 낮은 소프트-조직 대비 매우 어려운 뇌 등 특정 조직에서 목표를 지역화 하는. 따라서, CT에 비해 소프트-조직 대조는, 자기 공명 영상 (MRI), 통합 것 가능 방사선에 대 한 대상의 더 정확한 묘사 지난에서 10 년간 또한 생물 학적 영상 기법, 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 등 방사선 치료 치료 지침에 대 한 관심을 얻었다. 애완 동물 예를 들면, 포도 당 소비, 아미노 산 수송, 또는 저 산소 증, 종양에의 시각화 수 있습니다. 더 높은 복용량으로 종양의 그 높은 증식 또는 라디오 저항 부분을 대상으로 하는 것은 생존 혜택을 줄 수 있습니다. 이 가설 생물 학적 종양 볼륨 (BTV) 외에 기존의 총 대상 볼륨 (GTV), 임상 대상 볼륨 (CTV), 그리고 계획된 대상 볼륨 (PTV)의 소개로 이끌어 냈다.
겐트 대학교의 전 임상 영상 연구소, 마이크로-irradiator, 작은 동물 애완 동물, 그리고 7 T 작은 동물 MRI 사용할 수 있습니다. 목표는 MRI 기반 조사 및 애완 동물 기반 하위 볼륨 증폭 세포종 쥐 모델에 통합 했다.
Introduction
고급 glioma 성인 현재 치료 modalities에도 불구 하 고 1 년의 메디아 생존에 가장 일반적이 고 가장 공격적인 악성 뇌 종양입니다. 치료의 표준 결합된 외부 빔 방사선 치료 (RT) 뒤 최대한 외과 절제술 및 temozolomide (TMZ), 유지 보수 TMZ1,,23다음을 포함 합니다. 도입 이후 TMZ의 지금 더 보다 15 년 전, 아니 크게 향상이이 종양의 치료에 되었습니다. 따라서, 새로운 치료 전략의 구현 시급 하지만 작은 동물 암 치료 모델 (주로 쥐 및 쥐)에 먼저 조사 해야 합니다. 새롭고 복잡 한 방사선 프로토콜, 가능 하 게 하거나 라디오-보호 에이전트를 조사 하기 위해 방사선 응답 (새로운) 다른 치료 에이전트와 결합의 효능을 조사 하기 위해 종양 방위 쥐 모델을 사용할 수 있습니다. 전 임상 방사선 연구의 가장 큰 장점은 결과 가속된 데이터 항복 설치류의 짧은 수명 때문에 큰 무리를 사용 하 여 제어 실험 조건 하에서 작동 하는 기능입니다. 전 임상 연구 결과 다음 현재 연습4보다 훨씬 빠르고 더 효율적인 방법으로 임상 시험으로 번역 되어야 한다.
작은 동물 방사선 실험 마지막 십 년간에서 일반적으로 달성 되었습니다 고정된 방사선 소스5,,67, 예를 들면, 137Cs, 60Co, 동위 원소, 또는 선형 가속기 MV 엑스레이6,,89,10,11단일 방사선 분야를 적용 하는 인간의 임상 사용을 위한. 그러나, 이러한 장치 서브 밀리미터 정밀도, 작은 동물12필요한에 도달 하지 않습니다. 또한, MV 엑스레이 등을 해 작은 목표를 위해 부적 한 특성 동물 순서 범위와 광속의 입구 지역에서 공기-조직 인터페이스에 복용량 구축 크기 자체4,6 ,,89,,1011. 후자 네요 주변 정상 뇌 조직4,,89,10,11을 살려주는 동안 종양에 일정 한 복용량을 제공 하는 매우 도전. 따라서, 그것은 여전히 어느 정도 현재 동물 연구는 현대 RT 연습12관련 분명 하지입니다. 이 점에서 최근에 개발 된 3 차원 (3D) 등각 작은 동물 마이크로-균 장치는 3D 이미지 기반 실시간 같은 고급 기술, 강도 변조 방사선 치료 (IMRT) 간의 기술 격차를 해소를 약속 또는 등각 호 인간과 현재 작은 동물 조사4,13에 사용. 이러한 플랫폼 만들기와 복용량 형성을 피하기 위해 날카로운 penumbras 얻기 위해 kilovoltage (kV) x 선 소스의 사용. 이러한 플랫폼 포함 위치, kV는 동물에 대 한 컴퓨터 제어 무대 영상 및 방사선 치료, 다양 한 각도 모양 방사선 광속 collimating 시스템에서 방사선 배달 있도록 회전 갠트리 어셈블리에 대 한 x 선 소스 4. 2011 년, 마이크로 irradiator 겐트 대학 (그림 1)의 전 임상 이미징 연구실에 설치 되었다. 이 시스템 현대 인간의 방사선 치료 연습 비슷합니다 이며 전 임상 실험, 다른 치료, 복잡 한 방사선 구성표 및 하위 대상 이미지 기반 부스트 연구와 방사선의 시너지 효과 등의 다양 한 수 있습니다.
이러한 마이크로-균 장치 계획 치료 CT, 인간의 계획 시스템14,15에 기반으로 합니다. CT 영상, 내장 된 x 선 검출기 처리 동안 사용 되는 동일한 kV x 선 튜브와 함께에서 사용 됩니다. CT 영상 그것 정확한 동물 위치 허용와 세분화를 통해 개인 방사선 복용량 계산에 필요한 정보를 제공 하는 데 사용 됩니다. 그러나, 때문에 코네티컷에 낮은 소프트-조직 대비 고급 glioma 같은 작은 동물의 두뇌에서 이미징, 종양 수 없습니다 수 쉽게 구분 된. 멀티 적임 이미징의 따라서 정확한 대상 볼륨 묘사는 필요 하다. MRI CT에 비해 훨씬 뛰어난 소프트-조직 대비를 제공 합니다. 이것은 병 변의 경계에서 볼 수 있듯이 더 비추는 병 변 조직, 주변을 방지를 돕는 대상 볼륨의 훨씬 더 나은 묘사를 시각화를 훨씬 쉽게 그림 24, 16. 추가적인 이점은 MRI 비 이온화 방사선, 전리 방사선을 사용 하는 CT와 달리 사용 하는 것입니다. MRI의 주요 단점은 상대적으로 긴 획득 시간과 높은 운영 비용입니다. 그것은 중요 한 MRI 검사 복용량 계산에 사용할 수 없습니다 너무 미스터 LINACS의 최근 개발으로이 분야에서 진행 되 고 있지만 그들은 필요한 전자 밀도 정보를 제공 하지 않습니다. 따라서, 결합 된 CT/MRI 데이터 집합 (MRI 기반 볼륨)를 대상으로 고 선 량 계산 (CT 기반 전자 밀도)에 대 한 필요한 모두 정보가 포함 된 악성 glioma의 조사 계획에 대 한 선택의 방법입니다.
작은 동물 방사선 및 임상 일과 사이의 격차를 줄이려면 MRI 명확 하 게 해야 마이크로 irradiator의 작업 흐름에 통합 될 MRI와 CT, 사소한 멀리 사이 정확한 등록을 요구 합니다. 이 논문에서는, MRI 기반 3D 등각 방사선 F98 쥐에서 세포종, 토론에 대 한 우리의 프로토콜 이었던17최근 출판.
마이크로-irradiator의 워크플로에서 CT 및 MRI를 통합 하는 것은 작은 동물 조사 연구에 명확한 단계 앞으로, 비록 이러한 해부학 이미징 기술을 대상 볼륨의 전체 정의 항상 허용 하지 않습니다. CT 및 MRI에 두뇌에 있는 병리학 변화 증가 물 콘텐츠 (부 종), 혈액-뇌 장벽 또는 대비 향상의 누설에 의해 특징. 그러나, 콘트라스트 향상 및 MRI T2가 중에 하이퍼 강렬한 지역 되지 않습니다 항상 종양 넓이의 정확한 측정.종양 세포 대비 향상12의 마진 보다 훨씬 발견 되었습니다. 또한, 이러한 기술의 없음 치료 저항 및 종양 재발에 대 한 책임 수 있습니다 종양 내에서 가장 적극적인 부분을 식별할 수 있습니다. 따라서, 분자 이미징 기술 같은 애완 동물 수 있습니다 부가 가치 RT에 대 한 추가 정보 이러한 기술은 생물 학적 경로 vivo에서12,18, 시각화를 사용 하기 때문에 볼륨 정의 대상 19.
2000 년에, 링 외. 로 방사선 치료, 그들은 다차원 등각 방사선 치료20이라고에 지도 해 부와 기능적인 이미지를 통합 하 여 생물 학적 대상 볼륨 (BTV)의 개념을 소개 했다. 이 복용량 예 애완 동물 이미지를 사용 하 여 대상 영역을 비균일 복용량을 제공 하 여 타겟팅을 개선 하는 가능성을 만듭니다. 가장 널리 사용 되는 애완 동물 추적기 종양 준비에 대 한 이며 치료 모니터링 하 응답 fluor-18 (18F) fluorodeoxyglucose (FDG), 포도 당 물질 대사21시각화를 표시 합니다. 머리와 목 암, 이전 연구 나타났습니다 18F FDG 애완 동물의 사용 실제 종양 볼륨의 더 나은 견적을 주도 pathologic 표본, CT 및 MRI22와 비교 하 여 정의 된 대로. 기본 뇌에서 종양, 어디 FDG (FET) 정상적인 두뇌, 최근에 18F-fluoroetthyltyrosine 11C-메티오닌 등 아미노산에서에서 매우 강한 배경 신호 때문에 유용 하지 않습니다, GTV에 대 한 조사 되었습니다. 종종 표시 차이점 아미노 산 애완 동물 및 MRI 기반 GTVs23으로 묘사. 그러나,이 발견의 의미를 조사 하 고 잠재 재판 아직 수행 되었습니다. 이 연구에서 우리는 아미노 산 추적 18F-FET와 hypoxia 추적 18F-fluoroazomycin-arabinoside (18F-아무도) 선택. 18 F-FET와 18F-아무도 선정 됐다 증가 산 성 아미노산 통풍 관은 GB 종양의 확산 속도와 강한 상관 관계가 있기 때문에 반면 hypoxia 애완 동물 추적기의 통풍 관은 저항 (화학) 방사선 치료18 을 연관 , 23. 쥐에서 F98 기가바이트 종양의 애완 동물 정의 부분에 추가 방사선 복용량을 제공 하 여 최적화 되었다 서브 볼륨 증폭 마이크로-irradiator를 사용 하 여.
Protocol
Representative Results
Discussion
쥐 두뇌에서 세포종 종양 대상의 정확한 조사를 위해 마이크로-irradiator의 내장 된 CT 지도 충분 하지 않았다. 대비 향상을 사용 하는 경우에 뇌종양 때문에 부족 한 연 조직 대비 거의 볼 수 있습니다. 이와 같이, MRI 보다 정확한 조사를 허용 하도록 포함 될 필요가 있다. 두뇌에 대비 향상 종양 조직에 복용량을 대상 7 T 시스템 순차적 미스터 수집 수 있었습니다 마이크로 irradiator에 코네티컷 인수를…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 Stichting 루카 Hemelaere와 미스 인터내셔널이이 작업을 지원 하기 위한 감사 하 고 싶습니다.
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 |
Referências
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