Las mediciones espaciales de perfusión, presión del fluido intersticial y liposomas acumulación en tumores sólidos

El objetivo general de este experimento consiste en relacionar la acumulación intratumoral de nanoterapéuticos con las propiedades del microambiente tumoral, incluyendo la microcirculación tumoral y la presión elevada del líquido intersticial, o IFP. Este método nos permite responder preguntas importantes sobre las nanomedicinas. Preguntas como, ¿qué impulsa la absorción heterogénea de nanopartículas dentro de un tumor?

La principal ventaja de esta técnica es que permite la obtención de mapas espaciales co-localizados de las propiedades del microambiente tumoral y de la distribución intratumoral de nanopartículas. Tras confirmar el nivel adecuado de anestesia mediante el reflejo de pestañeo, aplique pomada en los ojos del ratón y sujete las extremidades del animal en posición prona sobre una placa de plástico delgada. A continuación, inserte un catéter personalizado de calibre 27 conectado a un tramo de 20 centímetros de tubo PE10 en la vena lateral de la cola y asegure el tubo con varias tiras de cinta.

Ahora, llene una jeringa de un mililitro con al menos 200 microlitros de liposomas de tomografía computarizada, o CT, y una jeringa de un mililitro con al menos 150 microlitros de una mezcla en relación 9-1 por volumen de iohexol libre mezclado con solución salina. Coloque la jeringa de liposomas CT en una bomba de jeringa y conecte el catéter a la jeringa, ajustando la velocidad de la bomba a 600 microlitros por minuto, equivalente a 10 microlitros por segundo. Luego, coloque el ratón sobre la camilla del escáner de micro-TC y utilice el sistema láser de posicionamiento para ajustar el tumor de manera que tenga aproximadamente la misma orientación en cada escaneo.

Utilizando el software de la consola del escáner de TC para cada protocolo de imagenológico de interés, seleccione brillante oscuro en el menú desplegable y haga clic en el botón de escaneo para iniciar la calibración e inicializar el sistema. Para obtener una micro-TC anatómica volumétrica del tumor antes de inyectar cualquier agente de contraste, primero verifique el indicador del software de la consola del escáner de TC para confirmar que los bloqueos de seguridad del escáner de TC han sido desactivados. Luego, seleccione el escaneo que utiliza una energía de rayos X de 80 kilovoltios, una corriente del tubo de 70 miliamperios y captura 1,000 proyecciones de imagen.

A continuación, inicie el escaneo. Cuando finalice el escaneo, configure la bomba para inyectar aproximadamente 150 microlitros de la solución de liposomas y presione el botón de inicio para inyectar el bolo de liposomas de TC a una concentración de 55 miligramos de yodo por mililitro de solución. Lave manualmente el catéter con 50 microlitros de solución salina para asegurar que se haya inyectado la cantidad completa del agente liposomal y que el catéter haya quedado limpio.

Después de 10 minutos, realice una segunda exploración anatómica del tumor, tal como se acaba de demostrar. Para realizar una TC con contraste dinámico (DCE-CT), coloque una jeringa con solución libre de iohexol en la bomba de jeringas y ajuste la bomba para inyectar 100 microlitros de iohexol a la misma velocidad de inyección. Estos volúmenes de inyección son superiores al estándar de 200 microlitros, pero los animales son monitoreados durante la recuperación y no se han observado eventos adversos.

Luego, en la consola del escáner de TC, seleccione un escaneo dinámico de cinco minutos utilizando una energía de rayos X de 80 kilovoltios y una corriente de tubo de 90 miliamperios, como se acaba de demostrar, que capture 416 proyecciones de imagen cada segundo durante los primeros 30 segundos, seguido de 416 proyecciones de imagen cada 10 segundos. Capture cinco segundos de datos de TC-DCE, luego inicie la bomba de inyección. Al final del escaneo, realice un tercer escaneo micro-TC anatómico volumétrico.

48 a 70 horas después, capture imágenes anatómicas de tomografía computarizada de los liposomas utilizando los mismos ajustes volumétricos que acaban de demostrarse. Para medir la PIF, sujete al animal sobre la plataforma del robot de PIF en CT de forma que el tumor quede inmovilizado y accesible al sistema del robot de PIF en CT. Obtenga una exploración anatómica de micro-TC tal como acaba de demostrarse.

Luego cargue los datos previos a la inserción de la aguja en el software de alineación del robot CT IFP y ajuste la ventana y el nivel para visualizar el tumor. Haga clic en el borde del tumor en cualquier imagen, seguido de la selección de una segunda ubicación en el borde del lado adyacente del tumor. El software calculará una serie de posiciones a lo largo de una línea recta entre los dos puntos.

Luego, seleccione las coordenadas X, Y y Z para una serie de cinco a ocho posiciones espaciadas uniformemente a partir de la lista. A continuación, lave la aguja del sistema IFP con una solución salina de heparina e introduzca las primeras posiciones predeterminadas de la aguja en las ventanas de coordenadas X, Y, Z del software de control del robot de CT IFP. Presione el botón de avance para mover el robot a la ubicación deseada.

Luego, para cada posición de la aguja en orden, haga clic en el botón insertar aguja para introducir la aguja en el tejido. Prense y suelte el tubo PE20 para confirmar una buena comunicación de fluido entre la aguja de la PIF y el tejido, y observe que la medición de la PIF aumenta y regresa al valor previo al prensado en el software de adquisición de la PIF. Finalmente, adquiera una tomografía computarizada anatómica con la aguja insertada, haciendo clic en el botón retraer aguja al final del escaneo para retirar la aguja del tejido.

La selección de una región de interés dentro del tumor produce una curva de tiempo/intensidad que puede utilizarse para obtener estimaciones cuantitativas de ciertos parámetros hemodinámicos en el tumor. La segmentación del volumen tumoral en múltiples regiones de interés de tamaño igual permite la cuantificación de la distribución espacial de estos parámetros dentro del volumen tumoral. Asimismo, puede observarse la biodistribución de los liposomas de TC a las 48 horas posteriores a la inyección.

Como se indica, el agente aún circula en el sistema vascular, con una captación sustancial observada en el bazo y el hígado. La acumulación intratumoral de estos liposomas de TC es heterogénea, con una acumulación predominantemente periférica en comparación con el centro del tejido tumoral. La aguja puede identificarse claramente mediante micro-TC de alta resolución, lo que permite la localización espacial de las mediciones de la PIF dentro del volumen tumoral.

La medición espacialmente co-localizada de la perfusión y la fracción de volumen plasmático demuestra una correlación significativa con la acumulación intratumoral de liposomas CT en tumores subcutáneos. Además, la distribución radial de la PIF se correlaciona con otras mediciones hemodinámicas, lo que sugiere una relación espacial/temporal compleja entre la microcirculación tumoral, la PIF y la acumulación intratumoral de los liposomas. Al realizar este procedimiento, es importante asegurar al animal sobre la camilla del escáner, garantizando un movimiento mínimo del tumor entre las mediciones de la PIF.

Las implicaciones de este trabajo se extienden al desarrollo de nuevas terapias. El transporte de nanopartículas es un primer paso clave para elaborar terapéuticas eficaces basadas en la nanomedicina. Después de ver este video, debería tener una buena idea de cómo realizar un mapa espacial de la presión del fluido intersticial tumoral, la microcirculación tumoral y la distribución de nanopartículas.