التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي للحقن إلى دماغ الخنزير
March 31st, 2023
يوضح البروتوكول المقدم هنا التجسيم لدماغ الخنزير باستخدام الحقن المعززة بالحمل الحراري ، مع إرشادات تصور التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) في الوقت الفعلي وتصور توزيع التسريب في الوقت الفعلي.
هنا نقوم بتوسيع تطبيق التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي إلى دماغ الخنزير لتقديم ومراقبة توزيع عامل التسريب. يسمح حجم دماغ الخنازير بالتصوير والتدخلات الجراحية العصبية الانتقالية. نستخدم نموذج الخنزير للحقن التجسيمي الموجه بالرنين المغناطيسي في مجموعة التصوير بالرنين المغناطيسي 3T.
نبلغ بصريا عن تنفيذ الإجراء التجسيمي في الخنازير ونصف تعديلات مجموعة التصوير بالرنين المغناطيسي لاستيعاب الخنزير ، وتصور الإجراء في كل من الفيديو والتصوير بالرنين المغناطيسي المتزامن لتقييم توزيع الانغماسات. تحديد مواقع الحيوانات. ضع موضوعا في جدول التصوير بالرنين المغناطيسي استعدادا لفحص التصوير بالرنين المغناطيسي.
ارفع الجذع بالمناشف ومنصات الرغوة. الهدف هو أن يسقط الرأس قليلا إلى أسفل مع ثني الرقبة ولمس الخطم الطاولة تقريبا. تم تثبيت دبابيس حامل رأس التصوير بالرنين المغناطيسي على الزيجوما الثنائية للحفاظ على الرأس مثبتا على طاولة التصوير بالرنين المغناطيسي.
بمجرد ضبطه ، يتم نقل جدول التصوير بالرنين المغناطيسي إلى تجويف الماسح الضوئي حتى يصل رأس الشخص إلى نهاية التجويف. التخطيط للإدخال الجراحي مع إرشادات التصور بمساعدة التصوير بالرنين المغناطيسي. تحضير المنطقة بطريقة معقمة.
ضع شبكة التخطيط الائتماني على فروة رأس الشخص عن طريق تثبيت الجانب اللاصق للشبكة فوق رأس المريض ، متمركزا حول موقع وجود ثقب الأزيز. قم بإجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي الكشفي مع ضبط الشبكة في مكانها. اضبط المسار المقترح ، بما في ذلك نقاط الدخول والهدف المطلوبة ، عن طريق سحب نقاط الدخول والهدف المتوقعة يدويا في البرنامج لتجنب الأوعية الدموية وتقليل تجاوزات التقشير والتلمي.
بمجرد تحديد المسار المطلوب بناء على تفضيل الجراح ، قم بتشغيل برنامج توجيه التصوير بالرنين المغناطيسي للعثور على نقطة الدخول على الشبكة. تأمين الإطار التجسيمي وضبط المحاذاة بشكل متكرر من خلال إسقاط البرامج. قم بتجميع الإطار التجسيمي حول إحداثيات نقطة الدخول المطلوبة على الشبكة عن طريق تأمين القاعدة أولا بستة براغي مثبتة بالعظام وأربعة براغي إزاحة.
ثبت البراغي الستة المثبتة بالعظام على الجمجمة فوق الشبكة من خلال فروة الرأس. تستخدم مسامير التثبيت الستة لتثبيت الإطار التجسيمي وتجنب أي حركات أثناء الحفر. قم بتأمين مسامير الإزاحة الأربعة الموجودة في قاعدة البرج من خلال الجلد ، مثبتة على الجمجمة.
إنها تعمل كقوة مضادة لتشديد مسامير العظم المركزية عن طريق رفع قاعدة الإطار إلى البراغي المركزية وتثبيت القاعدة. بمجرد أن تصبح قاعدة الإطار التجسيمي آمنة ، تابع تجميع الإطار. قم بإجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي عالي الدقة ، T1 ، MP-RAGE MRI ، وهو خيار في برنامج التصوير بالرنين المغناطيسي ، مع وضع الإطار في مكانه لالتقاط إطارات الإطار وتأكيد المسار.
قم بتأكيد مسار إدخال القنية المتوقع المطلوب باستخدام البرنامج. قم بإجراء تعديلات الملعب واللف و XY عن طريق تدوير عجلات الإبهام ، كما هو موضح في معلمات ضبط الإخراج في البرنامج. باستخدام برنامج التوجيه بالرنين المغناطيسي ، قم بقياس سمك جمجمة المسار المطلوب والمسافة الإجمالية إلى الدماغ.
حفر وإدخال قنية للتسريب. استخدم مقشر اليود قبل إجراء الشق لمنع العدوى. قم بعمل شق بطول ثلاثة سنتيمترات على فروة الرأس باستخدام مشرط تحت الإطار التجسيمي.
قم بإعداد الإطار لإدخال المثقاب عن طريق إجراء التعديلات قبل إنشاء فتحة الوصول. قم بإزالة واستبدال أنبوب التوجيه المركزي بالأنبوب الذي يناسب مثقاب 3.4 ملم للحفر. تأكد من وجود مساعد لتثبيت الإطار في مكانه أثناء قيام الجراح بالحفر باستخدام المثقاب اليدوي لإضافة ثبات إضافي إلى الإطار.
قم بإعداد إطار لإدخال المثقاب الثاني لتوسيع فتحة النتوء وتجنب الاصطدامات العظمية التي قد تغير المسار. قم بإعداد المثقاب باستخدام مثقاب 4.5 ملم. استبدل الدليل المركزي لها بالدليل الذي يناسب لقمة الثقب الأكبر هذه.
قم بإنشاء ثقب لدغ 4.5 ملم. بيرس الجافية مع stylet حاد. أدخل قنية التسريب المعدة مسبقا والمتوافقة مع الإطار.
يرجى التأكد من أن القنية لديها ضغط خلفي محايد أو إيجابي ثابت للتخلص من فقاعات الهواء التي يتم إدخالها. يوفر البرنامج عمقا محددا للهدف المخطط له. قم بقياس العمق على قنية التسريب المتوافقة مع الإطار التجسيمي ، واستخدم توقف العمق المرتبط بالقنية.
مراقبة التسريب بفحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي المتكررة. ابدأ ضخ العامل المطلوب كتسريب مشترك مع عامل تباين قائم على الجادولينيوم. قم بإجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي على فترات زمنية منتظمة لمراقبة ضخ وحجم توزيع العامل الذي تم إدخاله في القنية في الدماغ ، والذي يمكن الاستدلال عليه بسبب التسريب المشترك للجادولينيوم.
تشير المنطقة شديدة الكثافة حول طرف القنية إلى وجود عامل التباين القائم على الجادولينيوم. بمجرد انتهاء التسريب ، أوقف المضخة. دع القنية تبقى في الدماغ لمدة خمس دقائق بعد إنهاء التسريب قبل إزالة القنية.
يوفر موضع الخنزير في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي وصولا مثاليا للجراح للعمل وتخليص الإطار التجسيمي وقنية التسريب. يسمح التصور الموجه بالتصوير بالرنين المغناطيسي بالتخطيط الدقيق وإدخال قنية إلى الدماغ. يتم مسح الإطار التجسيمي في البرنامج ، ويتم ضبطه للوصول بشكل فعال إلى الموقع المطلوب.
تظهر فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي التكرارية بين العمليات الجراحية بعد تسريب الكانيولا كيف يتم توصيل التسريب إلى أنسجة المخ. يسمح الإطار التجسيمي بالتسريب الدقيق والمتحكم فيه في نماذج دماغ الخنزير. باستخدام هذا البروتوكول ، أثبتنا أن المعلمات مثل معدل التسريب أو دقة إدخال القنية يمكن تغييرها في الوقت الفعلي أو إيقافها مؤقتا وفقا لما يمليه التصوير داخل الإجراء.
يسمح نظام التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي بتحديد حجم التوزيع بدقة. تقدم الخنازير ، كنماذج حيوانية كبيرة للحقن التي يتم تتبعها في التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي ، إمكانية دراسة توصيل الدواء إلى الدماغ مع توصيل الخلايا وعوامل أخرى ذات قيمة انتقالية. يوفر التصور الموجه بالرنين المغناطيسي إرشادات في الوقت الفعلي للوصول إلى دماغ الخنزير ، وإدخال الكانيولا ، ومراقبة عامل التسريب.
تم الإبلاغ عن أن عملية الحفر وتشوه الأنسجة و / أو تعطيل مساحات المادة البيضاء تساهم في الصعوبات وتوصيل العامل إلى الدماغ. توفر فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي التكرارية أثناء التخطيط وإدخال القنية القدرة على إجراء تعديلات صغيرة.
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة بروتوكولًا لتنفيذ الستيريتاكسي على دماغ الخنزير باستخدام التسريب المعزز بالحمل الحراري، بتوجيه من تصوير الرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي (MRI). الهدف هو إثبات جدوى توصيل ومراقبة عوامل التسريب في نماذج الحيوانات الكبيرة، وبالتالي تسهيل تقنيات جراحة الأعصاب التحويلية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- جراحة الأعصاب
- التصوير بالرنين المغناطيسي
- تقنيات التسريب
الخلفية
- توفر الخنازير نموذجًا حيوانيًا كبيرًا ذا قيمة لتدخلات جراحة الأعصاب نظرًا لحجم أدمغتها.
- يوفر تصوير الرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي التوجيه للتخطيط الجراحي الدقيق وتوصيل التسريب.
- تهدف الدراسة إلى وضع بروتوكولات لتوصيل العوامل بشكل فعال إلى الدماغ باستخدام تقنيات التصوير المتقدمة.
هدف الدراسة
- لإظهار الإجراءات الستيريتاكسية الموجهة بـ MRI في الخنازير.
- لتصوير توزيع عوامل التسريب في الوقت الفعلي.
- لتمكين التطبيقات التحويلية في جراحة الأعصاب.
الطرق المستخدمة
- تستخدم الدراسة مجموعة MRI بقوة 3 تسلا للتصوير وتوجيه الحقن الستيريتاكسي.
- يتم استخدام نموذج الخنزير في الإجراء الجراحي، بما في ذلك تحديد موضع الحيوان وتثبيت الإطار الستيريتاكسي.
- يتم المراقبة المستمرة للتسريب مع عمليات مسح MRI متزامنة.
- يتم تحديد الخطوات التفصيلية للإجراء الجراحي، بما في ذلك الشق والحفر وإدخال القسطرة.
النتائج الرئيسية
- يسمح البروتوكول بمراقبة دقيقة لتوزيع التسريب في الدماغ من خلال تصوير MRI.
- يمكن إجراء تعديلات في الوقت الفعلي لمعايير التسريب حسب الحاجة بناءً على بيانات التصوير أثناء العملية.
- توضح النتائج القدرة على دمج تقنيات التصوير مع التدخلات الجراحية.
الاستنتاجات
- تضع هذه الدراسة بروتوكولًا لتنفيذ التسريبات الدقيقة في دماغ الخنزير باستخدام توجيه MRI.
- تعزز القدرة على مراقبة التسريب وضبطه في الوقت الفعلي من جدوى دراسات توصيل الدواء.
- تدعم استخدام الخنازير كنماذج حيوانية كبيرة النهج المتقدمة في دراسة توزيع الأدوية وتقنيات جراحة الأعصاب.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Magnetic resonance-guided stereotaxy in the pig brain enables precise, real-time visualization and control of intracerebral infusions, supporting translational drug delivery research. This approach addresses the challenge of accurate agent distribution in large animal models, enhancing predictive confidence for CNS-targeted therapeutics. The method strengthens the bridge between preclinical discovery and clinical translation by enabling iterative adjustment and monitoring of infusion parameters.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of CNS delivery hypotheses in a translationally relevant large animal model.
- Supports mechanistic de-risking by allowing real-time adjustment of infusion parameters based on imaging feedback.
- Facilitates functional validation of delivery devices and agents prior to clinical studies.
Screening & Assay Development
- Provides a platform for validating infusion protocols and monitoring agent distribution quantitatively.
- Supports reproducibility and standardization of delivery techniques through iterative imaging and software-guided alignment.
- Enables readiness for downstream compound evaluation by ensuring precise targeting and volume control.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant system requirements for CNS drug delivery studies in large animal models.
- Ensures continuity from discovery to preclinical validation by enabling real-time monitoring of agent distribution.
- Reduces translational risk by providing actionable data on delivery accuracy and tissue targeting.
Pipeline & Workflow Integration
This MR-guided stereotaxy protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum for CNS therapeutics, supporting both early mechanistic studies and translational validation.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing for CNS delivery and agent distribution in a large animal context.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible imaging outputs for protocol optimization and comparison.
- Analytics: Provides real-time volumetric measurements of agent distribution to inform decision-making.
- Translational Research: Bridges preclinical and clinical workflows by modeling human-relevant delivery challenges.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for iterative testing of infusion agents and devices.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in CNS delivery strategies and reduces mechanistic ambiguity.
- Operational Value: Standardizes infusion procedures and enables real-time protocol adjustments.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk for CNS programs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of CNS delivery candidates and technologies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in MRI-guided neurosurgical procedures and animal handling.
- Demands access to high-field MRI infrastructure and compatible stereotactic equipment.
- Necessitates cross-team standardization of imaging protocols and surgical workflows.
- May require adaptation for different animal models or agent types based on anatomical and procedural variables.
- Potential limitations include tissue deformation and the need for iterative imaging to ensure targeting accuracy.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:15
Introduction
0:55
Animal Positioning
1:31
Planning Surgical Insertion with MRI-Assisted Visualization Guidance
2:24
Securing the Stereotactic Frame and Adjusting Alignment Iteratively Through Software Projection
3:55
Drilling and Inserting the Cannula for Infusion
5:41
Monitoring the Infusion with Repeated MRI Scans
6:31
Representative Results
7:15
Conclusion
