TEP et IRM guidé l’Irradiation d’un modèle de Rat de glioblastome en utilisant un Micro-irradiateur
Summary
Petite animale irradiation a été habituellement faite dans le passé, sans la possibilité de cibler un volume des tumeurs bien délimitées. Le but était d’imiter le traitement du glioblastome humain chez les rats. En utilisant une plate-forme petit animal de l’irradiation, nous avons effectué irradiation conformationnelle 3D guidée par MRI avec base de PET sous volume stimuler dans un cadre préclinique.
Abstract
Pendant des décennies, recherche de petits animaux rayonnement principalement s’est déroulée à l’aide de configurations expérimentales assez brutes, appliquant des techniques simples de faisceau unique sans la capacité de cibler un volume tumoral spécifique ou bien défini. La livraison de rayonnement a été réalisée à l’aide de sources de rayonnement fixe ou accélérateurs linéaires produisant des rayons x megavoltage (MV). Ces dispositifs sont incapables d’atteindre submillimétrique précision requise pour petits animaux. En outre, les fortes doses livré à saine évaluation environnante de la réaction du panier de tissu. Pour augmenter la traduction entre petites études sur les animaux et les humains, notre but était d’imiter le traitement du glioblastome humain dans un modèle de rat. Pour activer une irradiation plus précise dans un cadre préclinique, récemment, des plates-formes de recherche guidée par l’image de rayonnement animaux petite précision ont été développés. Similaire aux systèmes humains de planification, planification sur ces micro-irradiateurs le traitement repose sur la tomodensitométrie (TDM). Cependant, faible contraste des tissus mous sur CT le rend très difficile de localiser les cibles dans certains tissus, comme le cerveau. Par conséquent, incorporant l’imagerie par résonance magnétique (IRM), qui a un excellent contraste des tissus mous par rapport aux CT, permettrait une délimitation plus précise de la cible pour l’irradiation. Dans les dernières techniques d’imagerie biologique aussi dix ans, comme la tomographie par émission de positrons (PET) acquise intérêt pour l’orientation de rayonnement thérapie traitement. PET permet de visualiser par exemple, la consommation de glucose, acides aminés transport ou hypoxie, présent dans la tumeur. Ciblant les parties très prolifératives ou résistant à la radio de la tumeur avec une dose plus élevée pourrait donner un avantage de survie. Cette hypothèse conduit à l’introduction du volume des tumeurs biologique (BTV), outre le volume cible brut conventionnel (GTV), volume cible clinique (CTV) et volume (PTV) de la cible prévue.
Le laboratoire d’imagerie préclinique de l’Université de Gand, un micro-irradiateur, un petit animal animal de compagnie et un petit animal de 7 T MRI sont disponibles. L’objectif était d’incorporer l’irradiation guidée par MRI et PET-guidé sous volume augmentant dans un modèle de rat de glioblastome.
Introduction
Gliome est la plus courante et la plus agressive des tumeurs malignes du cerveau chez l’adulte avec une survie médiane de 1 an malgré les modalités actuelles de traitement. La norme de diligence comprend maximale résection chirurgicale suivie de combiné radiothérapie externe (RT) et témozolomide (TMZ), suivie d’entretien TMZ1,2,3. Depuis l’introduction du TMZ maintenant plus de 15 ans, aucune améliorations significatives n’ont été apportées dans le traitement de ces tumeurs. Par conséquent, la mise en œuvre de nouvelles stratégies thérapeutiques est urgent mais doit être tout d’abord étudié dans des modèles de thérapie de cancer animal petit (pour la plupart des souris et des rats). Modèles de rongeurs porteurs de tumeur permet d’étudier l’efficacité des protocoles de radiations nouvelles et complexes, éventuellement combiné avec d’autres agents de traitement (nouveau), pour évaluer la réaction de rayonnement ou d’enquêter sur les agents de radio-protection. Un avantage majeur de recherche préclinique de rayonnement est la capacité de travailler dans des conditions expérimentales contrôlées à l’aide de grandes cohortes résultant avec un rendement de données accéléré en raison de l’espérance de vie plus courte des rongeurs. Les résultats précliniques doivent ensuite être traduites en un essai clinique d’une manière beaucoup plus rapide et plus efficace que l’actuelle pratique4.
Expériences de petits animaux rayonnement dans les dernières décennies généralement réalisées à l’aide de sources de rayonnement fixe5,6,7, p. ex., 137Cs et 60Co, isotopes, ou linéaires accélérateurs à usage clinique humaine, appliquant un champ de rayonnement unique avec MV rayons x6,8,9,10,11. Toutefois, ces appareils ne parviennent pas à précision submillimétrique, ce qui est nécessaire pour les petits animaux12. En outre, MV radiographies ont caractéristiques inadaptées pour irradier les petites cibles, comme une accumulation de dose à l’interface air-tissu dans la région de l’entrée de la poutre avec une certaine mesure l’ordre de l’animal lui-même taille4,6 ,8,9,10,11. Ce dernier rend assez difficile à administrer une dose uniforme à une tumeur tout en épargnant qui entoure le cerveau normal tissus4,8,9,10,11. Par conséquent, on ignore à quelles études animales actuel de mesure sont encore pertinentes pour moderne RT pratique12. À cet égard, récemment mis au point en trois dimensions (3D) conforme petits animaux micro-irradiateurs sont prometteuses pour combler le fossé technologique entre 3D guidée par l’image RT techniques avancées, telles que la radiothérapie intensité modulée (IMRT) ou des arcs utilisés chez les humains et les actuels petits animaux irradiation4,13. Ces plates-formes font usage d’une source de rayons x kilovoltage (kV) pour obtenir penumbras forte et pour éviter l’accumulation de dose. Ces plateformes incluent un stade commandé par ordinateur pour l’animal, positionnement, un kV source de rayons x pour l’imagerie et de radiothérapie, d’une Assemblée de rotation portique pour permettre la livraison de rayonnement de différents angles et un système de collimation de façonner le faisceau de rayonnement 4. en 2011, un micro-irradiateur a été installé dans le laboratoire d’imagerie préclinique de l’Université de Gand (Figure 1). Ce système est similaire à une radiothérapie humaine moderne pratique et permet une grande variété d’expériences précliniques, tels que la synergie des rayonnements avec d’autres thérapies, les schémas complexes de rayonnement et des études Poussée sous-objectif guidée par l’image.
Planification sur ces micro-irradiateurs du traitement repose sur la CT, ce qui équivaut à la planification des systèmes14,15. Pour l’imagerie CT, un détecteur de rayons x embarqué est utilisé en combinaison avec le même tube à rayons x kV qui est utilisée pendant le traitement. L’imagerie CT est utilisé car il permet un positionnement précis des animaux et fournit les renseignements nécessaires pour les calculs de dose de rayonnement individuels via la segmentation. Toutefois, en raison du faible contraste des tissus mous dans CT d’imagerie, de tumeurs dans le cerveau des petits animaux, comme les gliomes de haut grade, ne peut pas être facilement délimitées. L’incorporation de l’imagerie multimodale est donc nécessaire pour une délimitation du volume cible précis. Par rapport aux CT, MRI fournit largement supérieur contraste des tissus mous. Cela le rend beaucoup plus facile de visualiser les limites de lésion qui seront traduira par une délimitation beaucoup mieux du volume cible, aidant à mieux irradier la lésion et éviter entourant les tissus, comme le montre Figure 24, 16. Un autre avantage est que l’IRM utilise des rayonnements non ionisants, à la différence de CT qui est à l’aide de rayonnements ionisants. Les principaux inconvénients de l’IRM sont les délais d’acquisition relativement longs et des coûts opérationnels élevés. Il est important de noter que l’IRM ne peut servir pour les calculs de dose, car ils ne fournissent pas les informations de densité électronique requis, bien que les progrès dans ce domaine, aussi avec le développement récent de M.-LINACS. À ce titre, un ensemble de données combinée CT/IRM est la méthode de choix pour la planification de l’irradiation des gliomes malins, contenant les informations requises pour le ciblage (IRM basée sur les volumes) et pour les calculs de dose (densité électronique axée sur le CT).
Pour diminuer l’écart entre les petite animale irradiation et clinique au quotidien, MRI a clairement besoin d’être intégré dans le flux de travail de la micro-irradiateur, nécessitant un enregistrement correct entre IRM et CT, ce qui est loin d’être négligeable. Dans cet article, notre protocole pour l’irradiation conformationnelle 3D guidée par MRI de F98 glioblastome chez le rat est discutée, qui a été récemment publié17.
Bien qu’intégrant CT et IRM dans le workflow de l’irradiateur-micro est un pas en avant dans la recherche de petits animaux irradiation, ces techniques d’imagerie anatomiques ne permettent pas toujours une définition complète du volume cible. Des changements pathologiques dans le cerveau sur le CT et IRM sont caractérisés par la teneur accrue en eau (oedème) et la fuite de la barrière hémato – encéphalique ou amélioration du contraste. Toutefois, les-l’amélioration du contraste et des zones hyper intense sur l’IRM pondérées en T2 ne sont pas toujours une mesure précise de l’étendue de la tumeur.Les cellules tumorales ont été détectés bien au-delà des marges d’amélioration du contraste12. En outre, aucune de ces techniques peut identifier les parties plus agressives au sein de la tumeur, qui peut être responsable de la résistance thérapeutique et une récidive tumorale. Par conséquent, des informations complémentaires des techniques d’imagerie moléculaires comme animal peut avoir une valeur ajoutée pour RT cibler définition du volume car ces techniques permettent de visualiser les voies biologiques in vivo12,18, 19.
En 2000, Ling et coll. a introduit le concept du volume cible biologique (BTV) en intégrant l’imagerie anatomique et fonctionnelle dans le workflow de radiothérapie, conduisant à ce qu’ils appelaient la radiothérapie conformationnelle multidimensionnelle20. Cela crée la possibilité d’améliorer le ciblage en livrant une dose non uniforme à une région cible en utilisant par exemple des images de PET de dose. La plus utilisée pour la mise en scène de tumeur traceur PET et pour surveiller le traitement réponse est fluor-18 (18F) étiqueté fluorodésoxyglucose (FDG), qui visualise le métabolisme de glucose21. Cancer de la tête et du cou, les études antérieures ont montré que l’utilisation de 18F-FDG PET a conduit à une meilleure estimation du volume de tumeur réelle, telle que définie par les spécimens pathologiques, comparées avec CT et MRI22. Dans le cerveau primitif, où FDG n’est pas utile en raison du signal de fond très fort du cerveau normal, acides aminés, tels que 11C-méthionine et, plus récemment, 18F-fluoroetthyltyrosine (FET), les tumeurs ont été étudiés pour GTV délimitation avec des différences souvent marquées entre acides aminés TEP et IRM à base GTVs23. Cependant, aucun essai prospectif étudie la signification de cette découverte n’a été réalisée encore. Dans cette étude, nous avons choisi l’acide aminé traceur 18F-FET et l’hypoxie traceur 18F-fluoroazomycin-arabinoside (18F-FAZA). 18 F-FET et 18F-FAZA ont été choisis parce qu’une augmentation de l’absorption d’acides aminés est fortement corrélée avec le taux de prolifération des tumeurs GB, tandis que l’absorption d’une hypoxie PET-traceur est corrélée avec une résistance à de radiothérapie (chimio)18 , 23. sous volume stimuler à l’aide de l’irradiateur-micro a été optimisé en donnant une dose de rayonnement supplémentaire à une partie définie par l’animal de la tumeur F98 GB chez les rats.
Protocol
Representative Results
Discussion
Pour parvenir à une irradiation exacte de la cible glioblastome de tumeur dans le cerveau de rat, bord conseils de CT de l’irradiateur-micro n’était pas suffisante. Les tumeurs cérébrales sont à peine visibles à cause du contraste des tissus mous insuffisante, même si l’amélioration du contraste serait utilisée. Par conséquent, MRI doit être inclus pour permettre l’irradiation plus précise. À l’aide d’une acquisition de Monsieur séquentielle sur un système de T 7 et une acquisition de CT sur la…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs aimeraient remercier Stichting Luka Hemelaere et Soroptimist International pour soutenir ce travail.
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 |
References
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