يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

صورة موجهة-محسنة الحراري التسليم في الاغاروز جل نماذج من الدماغ

10.8K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/51466

⸱

مايو 14, 2014

 ,  ,  ,  , 
1University of Tennessee Health Science Center, 2Semmes-Murphey Clinic, 3University of Arkansas for Medical Sciences, 4Restorative Neurosciences Foundation

في هذه المقالة

ملخص

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.

الملخص

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.

المقدمة

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 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.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. إعداد جل الخيالات وصبغ

  1. إعداد 0.2٪ agarose هلام عن طريق إذابة 2 غرام من مسحوق الاغاروز 0.1٪ في 1000 مل من الماء منزوع الأيونات. تحريك حل لحوالي 1 دقيقة لضمان خلط الصحيح؛ وعلى الفور الميكروويف الحل في 3 دقائق فترات لمدة 9 دقائق أو حتى واضحة، واثارة بين فترات.
  2. في حين أن جل الاغاروز هو السائل، من أجل حل في 5 سم × 5 سم × 5 سم الحاويات. تسمح مساحة في الجزء العلوي من الحاوية إلى إضافة الماء والسماح للهلام الاغاروز لتهدئة وتسوية.
  3. مرة واحدة وقد عززت agarose هلام (حوالي 1-2 ساعة)، إضافة 1 سم من الماء إلى الأعلى من هلام وبردت. فمن الأفضل لاستخدام الجل داخل 24-48 ساعة من الاختلاط، ولكن يمكن تخزينها لمدة تصل إلى أسبوع المبردة 10.
  4. إعداد صبغة الراديوية التباين في حقنة 60 مل تتألف من 50 مل من 0.017٪ برموفينول صبغة زرقاء (BPB)، و 2 ملم من gadoteridol وسائل الإعلام الإذاعية التباين.
    1. الجمع بين 8.5 ملغ من الصبغة BPB إلى 50 مل منزوع الأيونات الماء إلى إنشاء BPB الحل 0.017٪.
    2. إضافة 0.2 مل من الأسهم 0.5 M gadoteridol إلى 50 مل 0.017٪ BPB حل لايجاد حل gadoteridol 2 مم.

2. إعداد نظام التسريب

  1. ضخ حقنة نظام ضخ (الطريقة المفضلة): لإعداد ضخ حقنة، ونعلق القسطرة التسريب مباشرة إلى حقنة من خلال استشعار الضغط، والحد من حجم القتلى من خط ضخ. ويمكن استخدام وظيفة تطهير ضخ حقنة لمسح سطر من الهواء باستخدام بلعة أكبر من حجم فتيلة من القسطرة بمعدل 10 ميكرولتر / دقيقة.
  2. مضخة ضخ أنبوب نظام (أسلوب بديل): قم بتوصيل حقنة تحتوي على الصبغة الراديوية خلافا للمضخة التسريب. إرفاق استشعار الضغط لمخرج المضخة مع محول المرفقة إلى جهاز العرض الرابع. إرفاق ضخ القسطرة 16 G إلى نهاية مفتوحة للاستشعار الضغط. ملاحظة: غيض من G ضخ القسطرة لديه 16 وديا الداخليمتر من 0.2 ملم وقطرها الخارجي من 0.35 ملم. يرصد غيض من السيليكا تنصهر وطول غيض هو 3 مم. لأنه يزيد إلى ما يقرب من 0.75 ملم ويستمر لمدة 15 ملم، والقسطرة ثم تصعد بطريقة مدبب إلى 1.6 ملم أو 16 غ.
  3. تحضير للتسريب من خلال تطهير النظام لحوالي 15 دقيقة في 16.667 ميكرولتر / دقيقة لإزالة أي فقاعات الهواء. لا يتجاوز معدل التدفق 16.667 ميكرولتر / دقيقة، حيث أن الجهاز سوف تتوقف التسريب بسبب خط الضغط العالي. بعد ربط القسطرة التسريب إلى خط الخروج من مضخة التسريب، وخطوط تطهير الهواء باستخدام وظيفة "بولس" على مضخة التسريب.
  4. نعلق القسطرة التسريب وجبل إطار مسار إلى الحاوية هلام الوهمية (5 سم × 5 سم × 5 سم) ووضعت في التصوير بالرنين المغناطيسي.

3. CED جل تسريب وMR الضوئي

  1. الصفر قيمة الضغط (مم زئبق) سجلت بواسطة جهاز العرض الرابع قبل البدء في ضخ.
  2. إدراج القسطرة التسريب في agarose هلام ثإيث مضخة التسريب على التوالي في أقل معدل تدفق ممكن، في هذه الحالة 1.667 ميكرولتر / دقيقة.
  3. بدء المسح الضوئي MR، وذلك باستخدام المعلمات المدرجة في الجدول 1، ومواصلة غرس بمعدل 1.667 ميكرولتر / دقيقة. يبث الجل بمعدل ثابت حتى يصل الحجم الكلي غرست 60 ميكرولتر (حوالي 38 دقيقة).
  4. مسح هلام باستمرار في 3 دقائق و 50 ثانية فترات. تسجيل قراءات ضغط كل 60 ثانية. وبمجرد أن يصل حجم غرست 60 ميكرولتر، إيقاف مضخة التسريب؛ والمسح الكامل MR مع الاستمرار في تسجيل قراءات ضغط.

4. تحليل البيانات MR

  1. لتحليل صور الرنين المغناطيسي، استخدام عارض DICOM المناسبة مع وظيفة ROI تجزئة.
  2. تحديد الإطار الصحيح في كل مسح والتي تمثلت في المقطع العرضي للقسطرة كما رأينا في الشكل 1.
  3. باستخدام "العائد على الاستثمار - مستطيل" أداة، حدد الجزء الأكبر من هلام لا يتضمن أيجزء من موقع الحقن في الوريد. برنامج إرادة إخراج متوسط ​​كثافة بكسل مع الانحراف المعياري. العثور على القيمة المقابلة إلى ثلاثة انحرافات معيارية عن المتوسط. يتم استخدام هذه القيمة كما عتبة لتحديد متى النقيض موجود مع ثقة 99.7٪.
  4. باستخدام "العائد على الاستثمار - الدائرة" أداة، تطويق موقع التسريب مع دائرة كبيرة بما فيه الكفاية وإعطاء هذا اسم فريد.
  5. حدد دائرة وباستخدام "ROI - تعيين قيم بكسل إلى" أداة، قيمة العتبة المدخلات وجدت في الخطوة 4.3 إلى "إذا القيمة الحالية أكبر من:" مربع وعلامة هذا الخط فقط. ثم في "لهذه القيمة الجديدة:" مربع، أدخل قيمة كبيرة (25،000). إعادة تعيين كثافة بكسل لتحديد المنطقة التي تشملها عتبة المعرفة مسبقا.
  6. المقبل، وذلك باستخدام "العائد على الاستثمار - تنمو المنطقة (2D/3D تجزئة)" أداة، حدد 2D المنطقة المتنامية، خوارزمية الثقة مع المعلمة الأولي دائرة نصف قطرها = 2، والعائد على الاستثمار الفرشاة. انقر داخل الموقع التسريب للبرنامج لحساب المساحة الكلية سو هذه المنطقة.
  7. على افتراض ضخ سحابة كروية، وحساب حجم الانتشار من المنطقة عن طريق المعادلة التالية: V = 4/3π (√ (مساحة / π)) 3

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

تفسير وتحليل دفعات تصاميم البيئة تنطوي على عدة عوامل هامة مثل نسبة التوزيع والجزر infusate. حساب نسبة التوزيع يعتمد اعتمادا كبيرا على حساب فد. ولتفسير دقيق لصور الرنين المغناطيسي أمر بالغ الأهمية. نقترح طريقة لاستنساخ الآلي شبه موثوق هذه القياسات على النحو الوارد أعلاه. هذه الأساليب تحديد موضوعي للمساحة المقطع العرضي للسحابة infusate ونصف قطرها تقريبية. بينما متغير، في agarose هلام سحابة ضخ كثير من الأحيان أثبت كروية. على افتراض infusate سحابة كروية، ويمكن استخدام هذا لتحديد دائرة...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

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. كما ذكر سابقا، على حساب الرئيسي لنجاح التسريب التسريب هو خط جوي. صحيح وبدقة تطهير خط ضخ الهواء أمر حاسم لضمان دخول الهواء لا التسريب. بنفس القدر من الأهمية كما هو خلط من هلام الاغاروز. التوليف غير لائق من هلام يمك...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

يعلن الكتاب أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

شكر وتقدير

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.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
ProhanceBraccoGadoteridol راديو التباين وسائل الإعلام
بروموفينول صبغة زرقاءBiorad161-0404صبغة لغرس التصور
مسحوق هلام الاغاروز مسحوقBiorad161-3101EDUمسحوق الاغاروز لصنع المواد الهلامية
Medrad Veris MR Vital Signs MonitorMedradMR جهاز مراقبة ضغط التسريب الآمن
16 جرام قسطرة SmartFlowقسطرة التسريبSurgiVision
Medrad Continuum نظام التسريب MRالتسريب الآمنMedrad
SMART Frame MRI إطار المسار الموجهClearPointInfusion إطار القسطرة
Osirix برنامج التصوير Osirix وبرنامجDICOM Viewer Osirix 32 بت DICOM Viewer
مضخة MR التصوير

المراجع

  1. 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).
  2. 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).
  3. Song, D. K., Lonser, R. R. Convection-enhanced delivery for the treatment of pediatric neurologic disorders. Journal of child neurology. 23, 1231-1237 (2008).
  4. Bobo, R. H., et al. Convection-enhanced delivery of macromolecules in the brain. Proc Natl Acad Sci USA. 91, 2076-2080 (1994).
  5. Debinski, W., Tatter, S. B. Convection-enhanced delivery for the treatment of brain tumors. Expert review of neurotherapeutics. 9, 1519-1527 (2009).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Raghavan, R., et al. Convection-enhanced delivery of therapeutics for brain disease, and its optimization. Neurosurg Focus. 20, (2006).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Chen, Z. J., et al. A realistic brain tissue phantom for intraparenchymal infusion studies. Journal of neurosurgery. 101, 314-322 (2004).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Sampson, J. H., et al. Clinical utility of a patient-specific algorithm for simulating intracerebral drug infusions. Neuro-oncology. 9, 343-353 (2007).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

صورة موجهة-محسنة الحراري التسليم في الاغاروز جل نماذج من الدماغ
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.