Behandlung von Hirntumoren im Mausmodell mit sonodynamischer Therapie

Zusammenfassung

Quelle: Mess, G., et al. Sonodynamische Therapie zur Behandlung des Glioblastoma multiforme im Mausmodell unter Verwendung eines tragbaren fokussierten Ultraschallsystems auf dem Tischgerät. J. Vis. Exp. (2023)

Dieses Video zeigt ein Protokoll zur Durchführung einer sonodynamischen Therapie an einem Hirntumor in einem Mausmodell mit Hilfe von Magnetresonanz-gesteuertem fokussiertem Ultraschall (MRgFUS). Vor der Behandlung wird ein Sonosensibilisator-Vorläufer verabreicht, der sich in Tumorzellen ansammelt und durch fokussierten Ultraschall aktiviert wird, um reaktive Sauerstoffspezies (ROS) zu erzeugen. Diese ROS induzieren oxidativen Stress, der zum Absterben von Tumorzellen und einer verminderten Proliferation führt.

Protokoll

Alle Verfahren, an denen Tiermodelle beteiligt sind, wurden vom örtlichen institutionellen Tierpflegeausschuss und dem Tierprüfungsausschuss von JoVE überprüft.

1. Magnetresonanztomographie (MRT) Verfahren

1. Nehmen Sie das MRT-Bett mit dem Tier stereotaktisch fixiert und platzieren Sie es in die MRT-Halterung, die zuvor mit dem MRT-Scanner verbunden war (siehe Materialtabelle), indem Sie das MRT-Bettloch an seinem Ende in den Stift an der MRT-Halterung stecken, wie in Abbildung 1 gezeigt. Befestigen Sie die Einlass- und Auslassanästhesieschläuche an den entsprechenden Schläuchen im MRT-Gerät.

2. Schieben Sie die MRT-Halterung mit dem Tier in die MRT-Bohrung und achten Sie darauf, dass Sie die gleiche Position einnehmen, in der das Phantom platziert wurde.

3. Führen Sie einen Lokalisierer durch, um die Position des Gehirns des Tieres zu bestimmen, und dann einen T1-gewichteten MRT-Scan nach dem Kontrastmittel, der das gesamte Gehirn abdeckt.

4. Exportieren Sie den MRT-Scan als einen Satz unkomprimierter DICOM-Dateien, eine für jede Schicht.

2. Fokussierte Ultraschallbehandlung (Abbildung 2)

1. Nehmen Sie das Tier nach Abschluss des Scans aus der MRT-Wiege und setzen Sie es auf die Plattform, indem Sie die Vorderseite des Bettes in den entsprechenden Stift an der Rückseite der Plattform und die Rückseite des Bettes in den entsprechenden Stift stecken.

2. Schließen Sie den Einlassschlauch des MRT-Bettes an eine Isofluranquelle für die Anästhesie an und stellen Sie die Gasflussrate auf 1,0 ml/min und den Verdampfer auf 2,0 % ein, um die Anästhesie aufrechtzuerhalten. Verbinden Sie das Auslassrohr mit einem Aktivkohlefilterbehälter für die Anästhesieabsorption.

3. Übertragen Sie die DICOM-Dateien auf den Computer und legen Sie sie in einem Ordner im Hauptarbeitsverzeichnis der aktuellen Studie ab.

4. Gehen Sie in der Software zur Hauptinitialisierungsseite und aktivieren Sie den Jog-Modus, indem Sie auf Guided Focus Finding und dann auf Jog-Modus On klicken.

5. Geben Sie einen Klecks zentrifugiertes Ultraschallgel auf den Kopf des Tieres, mit so viel Gel, dass die gesamte Kopfhaut über dem Schädel bedeckt ist.

6. Gießen Sie entionisiertes (DI) und entgastes Wasser bis zu 80 % in das Wasserbad und schieben Sie dann das Wasserbad auf die entsprechenden Säulen auf der Plattform.

7. Senken Sie das mit DI-Wasser gefüllte Wasserbad ab, bis die untere Membran das Ultraschallgel auf dem Kopf des Tieres berührt und eine Kopplungsfläche zwischen dem Wasser und dem Gel bildet. Achten Sie darauf, dass das Ultraschallgel den gesamten Kopf des Tieres zum Wasserbad bedeckt und dass sich keine Luftblasen im Ultraschallgel zwischen dem Wasserbad und der Kopfhaut der Maus befinden.

8. Tauchen Sie den Ultraschallwandler in das Wasserbad ein und stellen Sie sicher, dass sich keine Luftblasen auf der Oberfläche des Schallkopfs bilden.

9. Senken Sie den Wandlerarm im Jog-Modus nach unten in Richtung des teilweise untergetauchten Wandlers ab und koppeln Sie ihn mit dem Wandler, indem Sie die magnetischen Schlitze aneinander ausrichten, während die Wandleroberfläche untergetaucht bleibt.

10. Deaktivieren Sie den Jog-Modus und beenden Sie dann die fokussierte Suche, wie Sie es während des Initialisierungsschritts getan haben. Stellen Sie sicher, dass Sie die Ausgangsposition wie zuvor bestätigt haben.

11. Gehen Sie zur Registerkarte Behandlung und laden Sie dann die T1-gewichteten MRT-Dateien nach dem Kontrast hoch, indem Sie auf das Ordnersymbol oben in der Mitte des Bildschirms klicken. Wählen Sie den Ordner aus, der die DICOM-Dateien enthält, die zuvor auf den Computer hochgeladen wurden, und öffnen Sie sie. Dieser Schritt sollte automatisch alle DICOM-Dateien im oberen rechten Bereich laden.

12. Wählen Sie anschließend auf der Registerkarte "Ultraschallmodus" den richtigen Behandlungsmodus aus, indem Sie entweder "Burst" oder "Continuous Wave" wählen. Wenn Sie sich im Burst-Modus befinden, geben Sie auf der Registerkarte "Sonication Settings" die Burst-Länge, die Burst-Periode und die Anzahl der Perioden ein. Diese Parameter entsprechen den einzelnen Beschallungsorten. Im Dauerstrichmodus geben Sie nur die Beschallungsdauer ein.

HINWEIS: In dieser Studie wurde der Dauerstrichmodus für eine Dauer von 120 s verwendet.

13. Klicken Sie auf das Zielsymbol oben in der Mitte der Seite und wählen Sie die richtigen Stellen auf dem richtigen MRT-Schnitt aus, an denen die fokussierte Ultraschall-Fokusregion (FUS) ausgerichtet werden soll. Wenn Sie darauf klicken, wird ein hellrotes Quadrat mit einem roten Kreis angezeigt. Es können mehrere Auswahlmöglichkeiten gewählt werden.

14. Links neben dem MRT-Bild befindet sich eine Tabelle, die mit den 3D-Koordinaten der ausgewählten Fokusregionen gefüllt wird. Geben Sie in der letzten Spalte der Tabelle die zu beschallende Leistung an jedem Brennpunkt ein, die für jeden verwendeten Schallkopf separat berechnet werden kann, um die gewünschten Druck- oder Intensitätsstufen zu erhalten. Klicken Sie auf jeden Fokuspunkt in der Tabelle, um zu bestätigen, was dazu führt, dass die Koordinaten hervorgehoben werden und der entsprechende Fokusbereich auf dem Bild blau wird. Anmerkung: Beziehen Sie sich auf das Datenblatt des Messumformers, um zu bestimmen, wie der in die Tabelle eingegebene Leistungspegel in Druck oder Intensität umgerechnet wird, da diese Werte aufnehmerspezifisch sind.

15. Wenn Sie mit allen Fokusbereichen zufrieden sind, wählen Sie Bewegungstest. Dadurch wird die Software aufgefordert, den Schallkopf zu allen Brennpunkten zu bewegen, um sicherzustellen, dass die Bewegungen möglich sind. Nach der Bestätigung zeigt die Software an, dass der Bewegungstest abgeschlossen ist. Wenn ein Fehler auftritt, passen Sie die Fokusbereiche so an, dass sie in die 3D-Achsen der Wandlermotoren passen.

16. Sobald Sie bereit sind, wählen Sie Beschallung starten, um das Beschallungsprotokoll zu starten, bewegen Sie den Schallkopf und wenden Sie die richtigen FUS-Parameter in jeder ausgewählten Fokusregion an.

17. Sobald das Ultraschallprotokoll abgeschlossen ist, koppeln Sie den Schallkopf vom Schallkopfarm ab, entfernen Sie das Wasserbad von der Plattform und wischen Sie das Ultraschallgel von der Kopfhaut des Tieres ab.

18. Schrauben Sie den Biss und die Ohrbügel ab, nehmen Sie das Tier aus dem MRT-Bett und legen Sie das Tier dann auf ein warmes Polster, bis das Tier aus der Narkose erwacht. Setzen Sie das Tier zu diesem Zeitpunkt in seinen Käfig zurück.

19. Für nachfolgende Tiere ist das gleiche Protokoll ab Abschnitt 6 zu wiederholen. 20. Sobald die gewünschten Tiere behandelt sind, reinigen Sie alle Oberflächen, die von den Tieren berührt werden, mit 70 %igem Ethanol (siehe Materialtabelle).

21. Beenden Sie die Software, fahren Sie jedes Gerät herunter und schalten Sie es aus.

Ergebnisse

Abbildung 1: Platzierung der Tiere. (A) MRT-Bett und -Wiege, mit verschiedenen Teilen beschriftet: 1. MRT-Wiege. 2. Stereotaktisches MRT-Bett. 3. Ohrbügel. 4. Beißriegel. 5. Nasenkonus. 6. Loch für den MRT-Bettstift. 7. Isoflu...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
7T PET-MR System	Bruker	Biospec 70/30
Aluminiumfolie	Reynolds Brand
Amplifier	FUS Instruments	2175
Athymic nackte Mäuse	Charles River Laboratories	Strain Code 490
Holzkohle Isofluor Abfallbehälter	Patterson wissenschaftlich	78909457
Computer	FUS Instruments	2269
Deckglas	Fisherbrand	12-545J
Desktop-Monitor	ASUS	VZ239H
Elektronischer Rasierer	Wahl	93235-002
Fötales Rinderserum	Thermo Fisher Scientific	16000044
Funktionsgenerator	Siglent	QS0201X-E01B
Gadolinium Kontrastmittel (Gadavist)	McKesson Corporation	2068062
Gaze	Henry Schein	101-4336
Wärmelampe
Wärmekissen	Kent Scientific	RT-0501
Induktionskammer	Patterson Scientific	78933388
Isofluoran-Verdampfer	Patterson Scientific	78916954
Isofluran	Covetrus	29405
Isofluran-System	Patterson Scientific
IVIS-Spektrum	Perkin Elmer	124262
Nair	Church und Dwight Co.
Augensalbe	Puralube Tierarztsalbe
RK-50 MRgFUS-System	FUS Instruments	2182
Skalpellklinge
	Covetrus	7319
Skalpellgriff	Fine Science Tools	91003-12
Schraubendreher-Set	Jakemy	JM-8160
Skin Marker	Time Out	D538,851
Stereotaktischer Rahmen	Kopf Instruments	5000
Stereotaktischer MRT-Prototyp Kunststoff-Bildgebungsleuchte	FUS Instruments
		T515H750-118
Ultraschall-Entgaser	FUS Instruments	2259
Ultraschall-Gel	ParkerLabs	01-08
Wasserbad	FUS Instruments
Xylazin	Covetrus	1XYL006

7893590342010553 Schallkopf und passende Box FUS Instruments