Räumliche Messungen der Perfusion, interstitielle Fluiddruck und Liposome Anreicherung in soliden Tumoren

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, die intratumorale Akkumulation von Nanotherapeutika mit den Eigenschaften der Tumormikroumgebung in Beziehung zu setzen, einschließlich der Tumormikrozirkulation und des erhöhten interstitiellen Flüssigkeitsdrucks (IFP). Mit dieser Methode können wir wichtige Fragen rund um die Nanomedizin beantworten. Fragen wie: Was treibt die heterogene Aufnahme von Nanopartikeln in einem Tumor an?

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie eine co-lokalisierte räumliche Kartierung der Eigenschaften der Tumormikroumgebung und der intratumoralen Verteilung von Nanopartikeln ermöglicht. Nachdem Sie das geeignete Anästhesieniveau durch Topenge bestätigt haben, tragen Sie Salbe auf die Augen der Maus auf und kleben Sie die Gliedmaßen des Tieres in Bauchlage auf ein dünnes Plastikbrett. Führen Sie als Nächstes einen speziellen 27-Gauge-Katheter ein, der mit einem 20 Zentimeter langen Stück PE10-Schlauch verbunden ist, in die seitliche Schwanzvene und befestigen Sie den Schlauch mit mehreren Klebebandstücken.

Füllen Sie nun eine Ein-Milliliter-Spritze mit mindestens 200 Mikrolitern Computertomographie- oder CT-Liposomen und eine Ein-Milliliter-Spritze mit mindestens 150 Mikrolitern eines Volumenverhältnisses von 9:1 an freiem Iohexol, gemischt mit Kochsalzlösung. Legen Sie die CT-Liposomenspritze in eine Spritzenpumpe und befestigen Sie den Katheter an der Spritze, wobei Sie eine Pumprate von 600 Mikrolitern pro Minute einstellen, was 10 Mikrolitern pro Sekunde entspricht. Platzieren Sie dann die Maus auf dem Bett des Mikro-CT-Scanners und verwenden Sie das Laserpositionierungssystem, um den Tumor so einzustellen, dass er bei jedem Scan ungefähr die gleiche Ausrichtung hat.

Wählen Sie mit der CT-Scanner-Konsolensoftware für jedes gewünschte Bildgebungsprotokoll die Option Helldunkel aus dem Dropdown-Menü aus und klicken Sie auf die Scan-Schaltfläche, um die Kalibrierung zu starten und das System zu initialisieren. Um eine volumetrische anatomische Mikro-CT des Tumors zu erhalten, bevor ein Kontrastmittel injiziert wird, überprüfen Sie zunächst die Softwareanzeige der CT-Scannerkonsole, um sicherzustellen, dass die Sicherheitsverriegelungen des CT-Scanners entfernt wurden. Wählen Sie dann den Scan aus, der eine Röntgenenergie von 80 Kilovolt und einen Röhrenstrom von 70 Milliampere verwendet und 1.000 Bildprojektionen aufnimmt.

Starten Sie dann den Scan. Wenn der Scan abgeschlossen ist, stellen Sie die Pumpe so ein, dass etwa 150 Mikroliter der Liposomenlösung injiziert werden, und drücken Sie die Starttaste, um den Bolus der CT-Liposomen mit einer Konzentration von 55 Milligramm Jod pro Milliliter Lösung zu injizieren. Spülen Sie den Katheter manuell mit 50 Mikrolitern Kochsalzlösung, um sicherzustellen, dass die gesamte Menge des Liposomenmittels injiziert wurde und dass der Katheter gereinigt wurde.

Führen Sie nach 10 Minuten einen zweiten anatomischen Scan des Tumors durch, wie gerade gezeigt. Um eine DCE-CT durchzuführen, geben Sie eine Spritze mit freier Iohexollösung in die Spritzenpumpe und stellen Sie die Pumpe so ein, dass 100 Mikroliter des Iohexols mit der gleichen Injektionsrate injiziert werden. Diese Injektionsvolumina sind höher als der Standard von 200 Mikrolitern, aber die Tiere werden während der Genesung überwacht und es wurden keine unerwünschten Ereignisse beobachtet.

Wählen Sie dann auf der CT-Scannerkonsole einen fünfminütigen dynamischen Scan mit einer Röntgenenergie von 80 Kilovolt und einem Röhrenstrom von 90 Milliampere aus, wie gerade gezeigt, der in den ersten 30 Sekunden alle eine Sekunde 416 Bildprojektionen erfasst, gefolgt von 416 Bildprojektionen alle 10 Sekunden. Erfassen Sie fünf Sekunden lang DCE-CT-Daten und starten Sie dann die Einspritzpumpe. Führen Sie am Ende des Scans einen dritten volumetrischen anatomischen Mikro-CT-Scan durch.

Nehmen Sie 48-70 Stunden später anatomische CT-Bilder der Liposomen mit den gleichen volumetrischen Einstellungen wie gerade gezeigt auf. Um den IFP zu messen, kleben Sie das Tier so auf die CT IFP-Roboterplattform, dass der Tumor immobilisiert und für das CT IFP-Robotersystem zugänglich ist. Führen Sie einen anatomischen Mikro-CT-Scan durch, wie gerade gezeigt.

Laden Sie dann die Daten vor dem Einsetzen der Nadel in die CT IFP-Roboterausrichtungssoftware und passen Sie das Fenster und die Wasserwaage an, um den Tumor zu visualisieren. Klicken Sie auf den Rand des Tumors in einem beliebigen Bild, gefolgt von der Auswahl einer zweiten Randposition auf der angrenzenden Seite des Tumors. Die Software berechnet eine Reihe von Positionen entlang einer linearen Linie zwischen den beiden Punkten.

Wählen Sie dann die X-, Y- und Z-Koordinaten für eine Reihe von fünf bis acht gleichmäßig verteilten Positionen aus der Liste aus. Spülen Sie anschließend die Nadel des IFP-Systems mit einer Heparinlösung mit Kochsalzlösung und geben Sie die ersten vorgegebenen Nadelpositionen in die Koordinatenfenster X, Y, Z der Robotersteuerungssoftware CT IFP ein. Drücken Sie die Go-Taste, um den Roboter an den gewünschten Ort zu bewegen.

Klicken Sie dann für jede Nadelposition nacheinander auf die Schaltfläche Nadel einführen, um die Nadel in das Gewebe einzuführen. Klemmen Sie den PE20-Schlauch zusammen und lösen Sie ihn, um eine gute Flüssigkeitskommunikation zwischen der IFP-Nadel und dem Gewebe zu bestätigen, und beobachten Sie, dass die IFP-Messung ansteigt und auf den Wert vor dem Einklemmen in der IFP-Erfassungssoftware zurückkehrt. Führen Sie abschließend einen anatomischen CT-Scan mit eingeführter Nadel durch und klicken Sie am Ende des Scans auf die Schaltfläche zum Zurückziehen der Nadel, um die Nadel aus dem Gewebe zu entfernen.

Die Auswahl einer Region von Interesse innerhalb des Tumors ergibt eine Zeit-/Intensitätskurve, die zur quantitativen Abschätzung ausgewählter hämodynamischer Parameter im Tumor verwendet werden kann. Die Segmentierung des Tumorvolumens in gleich große Regionen von Interesse ermöglicht die Quantifizierung der räumlichen Verteilung dieser Parameter innerhalb des Tumorvolumens. Die Bioverteilung der CT-Liposomen 48 Stunden nach der Injektion kann ebenfalls beobachtet werden.

Wie bereits erwähnt, zirkuliert der Wirkstoff immer noch im Gefäßsystem, wobei eine erhebliche Aufnahme in Milz und Leber beobachtet wird. Die intratumorale Akkumulation dieser CT-Liposomen ist heterogen mit einer überwiegend peripheren Akkumulation im Vergleich zum Zentrum des Tumorgewebes. Die Nadel kann durch eine hochauflösende Mikro-CT eindeutig identifiziert werden, was eine räumliche Lokalisierung der IFP-Messungen innerhalb des Tumorvolumens ermöglicht.

Die räumlich kolokalisierte Messung der Profusion und des Plasmavolumenanteils zeigt eine signifikante Korrelation mit der intratumoralen Akkumulation von CT-Liposomen in subkutanen Tumoren. Darüber hinaus korreliert die radiale Verteilung des IFP mit den anderen hämodynamischen Messungen, was auf eine komplexe räumliche/zeitliche Beziehung zwischen der Tumormikrozirkulation, dem IFP und der intratumoralen Akkumulation der Liposomen hindeutet. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, das Tier auf dem Scannerbett zu sichern, um eine minimale Tumorbewegung zwischen den IFP-Messungen zu gewährleisten.

Die Implikationen dieser Arbeit erstrecken sich auf die Entwicklung neuer Therapien. Der Transport von Nanopartikeln ist ein wichtiger erster Schritt zum Aufbau wirksamer Therapeutika auf der Grundlage der Nanomedizin. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie eine gute Vorstellung davon haben, wie Sie den interstitiellen Flüssigkeitsdruck von Tumoren, die Mikrozirkulation des Tumors und die Verteilung von Nanopartikeln räumlich abbilden können.