Sonodynamische Therapie zur Behandlung des Glioblastoma multiforme im Mausmodell unter Verwendung eines tragbaren fokussierten Ultraschallsystems

Die sonodynamische Therapie ist eine inzisionsfreie, tumorspezifische und niederintensive Ultraschallbehandlung des Glioblastoms, dieses schnell wachsenden und aggressiven Hirntumors. Die MR-Steuerung ermöglicht die präzise Abgabe dieser fokussierten Ultraschallenergie an bestimmte Hirnareale, wodurch normales Hirngewebe und eloquenter Bereich geschont werden. Dieses Protokoll gibt den Forschern eine Richtlinie für die präklinische sonodynamische Therapie und enthält literaturgestützte Parameter für die Behandlung des Glioblastoms in einem Nagetiermodell.

Diese Technik hat das Potenzial, Hirntumore und andere Arten von Erkrankungen des zentralen Nervensystems mit nichtionisierender Strahlung zu behandeln, ohne dass invasive Operationen, schmerzhafte Chemotherapien oder Strahlentherapien erforderlich sind. Das in dieser Studie berichtete Protokoll kann im Allgemeinen als wiederholbar und zuverlässig für Forscher angesehen werden, die sich für fokussierten Ultraschall, MR-gesteuerten fokussierten Ultraschall, sonodynamische Therapie und Neurowissenschaften interessieren, während technisches Fachwissen für den angemessenen Umgang mit MRT und fokussiertem Ultraschallsystem erforderlich ist. Das Verfahren wird von Griffin Mess, einem Forschungsingenieur und aufstrebenden Wissenschaftler aus meinem Labor, demonstriert.

Bereiten Sie zunächst das MRT-Bett vor, indem Sie das Nasenkonusstück in seinen Schlitz einsetzen. Schieben Sie dann die Beißleiste durch die Beißstangenlöcher am Nasenkonus und am Ende des Bettes, wobei das Ende des Beißschutzes über der offenen Vertiefung im MRT-Bett schwebt. Legen Sie das betäubte Tier auf das MRT-Bett, wobei die Ohren mit den stereotaktischen Ohrstangenlöchern ausgerichtet sind, und stecken Sie seine Zähne durch den Beißschutz, um ihn an Ort und Stelle zu halten.

Schieben Sie den Nasenkegel nach vorne, so dass er über die Schnauze des Tieres gelegt wird. Schieben Sie die Ohrbügel durch die Löcher auf beiden Seiten des MRT-Bettes und heben Sie den Kopf des Tieres an, bis beide Ohrstangen in die Gehörgänge der Maus passen. Stellen Sie sicher, dass sich das Tier in einer bequemen Position befindet.

Befestigen Sie dann mit einem Schlitzschraubendreher die MRT-kompatiblen Schrauben, um beide Ohrstangen, den Nasenkonus und die Beißstange, zu verriegeln. Während das Tier wartet, legen Sie das MRT-Bett auf ein warmes Wärmekissen, um die Körpertemperatur zu halten. Setzen Sie das Phantom in die entsprechende Position des MRT-Bettes ein und legen Sie es dann in die MRT-Halterung im entsprechenden Schlitz.

Platzieren Sie die MRT-Halterung an der entsprechenden Stelle im MRT. Machen Sie einen MRT-Scan des Phantoms. Entfernen Sie die Halterung aus der Magnetbohrung, aber lassen Sie sie auf dem Scanner.

Nehmen Sie das MRT-Bett mit dem Phantom aus der Halterung und legen Sie dann das Bett mit dem Phantom auf das MRGFUS-System, indem Sie den Stift an der Unterseite in den richtigen Schlitz schieben. Stecken Sie die Registrierungsspitze so auf die magnetischen Schlitze am Wandlerarm, dass sie nach unten in Richtung des Phantoms zeigt. Wählen Sie in der Software die geführte Fokussuche und dann den Jog-Modus ein, um mit der geführten fokussierten Suche zu beginnen.

Nachdem der Jog-Modus umgeschaltet wurde, verwenden Sie die Tasten links, rechts, oben, unten, Bild auf und Bild-ab, um den Wandlerarm manuell in Richtung links, rechts, vorwärts, rückwärts, oben und unten zu bewegen. Stellen Sie den Zeiger manuell in allen drei Dimensionen ein, bis die Spitze des Zeigers die Mitte des Kreuzmusters berührt, das auf der Oberseite des Phantoms liegt. Die axialen Phantomschichten bevölkern dann den Bildschirm auf der rechten Seite.

Scrollen Sie über die Bildlaufleiste der Computermaus durch diese Segmente. Passen Sie die Helligkeit an, indem Sie auf das Bild klicken und es gedrückt halten und dann die Computermaus nach oben oder unten bewegen. Klicken Sie auf die Mitte des Phantoms und es erscheint ein roter Kreis.

Klicken und ziehen Sie auf den Kreis, bis er den gleichen Durchmesser hat und mit dem Umfang des Phantoms übereinstimmt. Speichern Sie die Koordinaten dieser Ausgangsposition, indem Sie auf LR, AP und SI festlegen klicken. Klicken Sie auf Jog-Modus aus. Entfernen Sie die Registrierungsspitze vom Schallkopfarm und wählen Sie dann Fokussuche beenden.

Bestätigen Sie die Ausgangsposition, um die Initialisierungssequenz abzuschließen. Nehmen Sie das MRT-Bett mit dem stereotaktisch fixierten Tier und legen Sie es in die zuvor an den MRT-Scanner angeschlossene MRT-Halterung. Befestigen Sie die Ein- und Auslass-Anästhesieschläuche an den entsprechenden Schläuchen im MRT-Gerät.

Schieben Sie die MRT-Halterung mit dem Tier in die MRT-Bohrung und achten Sie darauf, dass Sie die gleiche Position beibehalten, in der das Phantom platziert wurde. Führen Sie einen Lokalisierer durch, um die Position des Tiergehirns zu sehen, und dann einen T1-gewichteten MRT-Scan nach dem Kontrastmittel, der das gesamte Gehirn mit den MRT-Einstellungen abdeckt. Gehen Sie in der Software auf die Hauptinitialisierungsseite und klicken Sie auf geführte Fokussuche.

Klicken Sie dann auf den Jog-Modus ein. Als nächstes geben Sie einen Klecks zentrifugiertes Ultraschallgel auf den Kopf des Tieres, so dass das Gel die gesamte Kopfhaut über dem Schädel bedeckt. Füllen Sie dann 80 % des Wasserbades mit deionisiertem und entgastem Wasser und stellen Sie das Wasserbad auf die entsprechenden Säulen auf der Plattform.

Senken Sie das Wasserbad ab, bis die untere Membran das Ultraschallgel auf dem Kopf des Tieres berührt und eine Kopplungsfläche zwischen Wasser und Gel bildet. Tauchen Sie den Ultraschallwandler in das Wasserbad ein und stellen Sie sicher, dass sich keine Luftblasen auf der Oberfläche des Schallkopfes bilden. Richten Sie nach dem Absenken des Wandlerarms die magnetischen Schlitze aneinander aus, während die Wandleroberfläche unter Wasser bleibt.

Gehen Sie für den Burst-Modus auf die Registerkarte Beschallungseinstellungen und geben Sie die Beschallungszeit ein. Klicken Sie auf das Zielsymbol oben in der Mitte der Seite und wählen Sie die richtigen Stellen auf der richtigen MRT-Schicht aus, an denen die FUS-Fokusregion anvisiert werden soll. Wenn Sie auf den Fokuspunkt klicken, werden die Koordinaten hervorgehoben und der entsprechende Fokusbereich auf dem Bild wird blau.

Die letzte Spalte der Tabelle zeigt die Leistungsstufe, die an jedem Brennfleck beschallt werden soll. Wenn Sie mit allen Fokusbereichen zufrieden sind, wählen Sie Bewegungstest. Wenn Sie fertig sind, wählen Sie Beschallung starten, um das Beschallungsprotokoll zu starten, indem Sie den Schallkopf bewegen und die FUS-Parameter auf jeden ausgewählten Fokusbereich anwenden.

Die Wachstumsrate der Tumoren von der Vorbehandlung bis 24 Stunden nach der SDT-Behandlung wurde anhand der gemessenen Lumineszenz berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass die behandelten Tiere im Vergleich zu den Kontrollen eine Reduktion des Tumorwachstums aufwiesen. Darüber hinaus zeigte die kontrastmittelverstärkte MRT-Bildgebung, dass die durchschnittliche Graustufenintensität des Kontrastmittels in Tumoren in der Kontrollgruppe stärker anstieg als in den behandelten Gruppen, was darauf hindeutet, dass nach der Behandlung eine geringere Menge an Kontrastmittel in die Tumore gelangte.

Während wir das berichtete Protokoll für die Behandlung von Glioblastom-Hirntumoren entwickelt haben, freuen wir uns darauf, zu erfahren, wie andere Kollegen und Forscher ihre eigenen Parameter für ihre eigene Forschung optimieren werden. Die gute Nachricht ist, dass die sonodynamische Therapie derzeit in klinischen Studien am Menschen getestet wird, und wir können es kaum erwarten, mehr über ihre Versprechen für unsere Patienten zu erfahren. Für eine maximale Effizienz ist eine präklinische Optimierung dieser berichteten Therapie in Tiermodellen erforderlich, um Set und Setting zu untersuchen, einschließlich einer ganzen Reihe von Sonosensibilisatoren sowie Kombinationstherapien.