בנייה של פנטום multimodality Preclinical שימוש בחומרים רקמות-מחקים לאבטחת איכות במדידת גודל גידול

Summary

מאמר זה מתאר את ההליכים בתוך הבית של בניית multimodality פרה פנטום עשוי מרקמות חיקוי (TM) של חומרים להבטחת איכות (QA) של מדידת גודל גידול בשיטות הדמיה של בעלי חיים כגון אולטרסאונד (US), טומוגרפיה ממוחשבת (CT) ומגנטיים דימות תהודה מגנטית (MRI).

Abstract

ארגון הבריאות עולמי (WHO) והקריטריונים להערכת התגובה בגידולים מוצקים (RECIST) קבוצות עבודה דגלו קריטריונים אחידים להערכת radiologic של גידולים מוצקים בתגובה לטיפול תרופתי אנטי גידול בשנתי ה -1980 ו 1990, בהתאמה. WHO קריטריונים למדוד גידולים מוצקים בשני ממדים, ואילו מדידות RECIST להשתמש רק חד ממד שנחשב ליותר לשעתק ^{1, 2, 3,4,5.} קריטריונים אלה היו בשימוש נרחב כסמן הביולוגי ההדמיה היחידה שאושר על ידי מנהל מזון ארצות הברית ובתרופות אמריקניות (FDA) ^6. כדי למדוד את התגובה של גידול לתרופות אנטי סרטניים בתמונות עם דיוק, לכן, חזק אבטחת איכות (QA) נהלים ומקביל QA פנטום יש צורך.

כדי לענות על צורך זה, המחברים נבנו multimodality קליני (לאולטרסאונד (US), טומוגרפיה ממוחשבת (CT) ודימות בתהודה מגנטית (MRI)) רפאים באמצעות רקמות חיקוי (TM)חומרים המבוססים על המספר המצומצם של נגעי היעד הנדרשים ע"י RECIST ידי תיקון Gammex ארה"ב פנטום מסחרי ^7. נספח ב Lee et al. מדגים את הנהלים של פנטום ייצור ^7. במאמר זה, כל הפרוטוקולים הם הציגו בתחילת אופנה צעד אחר צעד עם נהלים להכנת תבניות סיליקון ליציקת עצמים מבחן המדמים-גידול בפנטום, ואחרי הכנת חומרי TM עבור ההדמיה multimodality, ולבסוף הבנייה פרה multimodality QA פנטום. מטרתו העיקרית של מאמר זה היא לספק את הפרוטוקולים כדי לאפשר לכל מי שמתעניייין באופן עצמאי בניית פנטום לפרויקטים משלהם. נהלי QA למדידת גודל גידול, וRECIST, ושתוצאות מדידה בנפח של חפצי בדיקה שנעשו במוסדות מרובים באמצעות QA פנטום זה מוצגים בפירוט בLee et al. ^8.

Introduction

הערכה של השינוי בגודל גידול היא נקודת סיום חשובה להערכת הפעילות של תרופות אנטי סרטניים בשניהם הצטמקות גידול והתקדמות מחלה ^{9, 10.} ארגון בריאות עולמית (WHO) וקריטריונים להערכת תגובה בגידולים מוצקים (RECIST) הם שיטות קודיפיקציה להערכה האנטומי של נגעים סרטניים בשיטות הדמיה כגון אולטרא סאונד (US), טומוגרפיה ממוחשבת (CT) או תהודה מגנטית (MRI). עבור מי קריטריונים, התוצר של גידול וקוטר מרבי הקוטר הגדול ביותר שלה בניצב למישור הרוחבי אזורי היעד מחושב ^4. לעומת זאת, לRECIST, הסכום של הקטרים ​​הארוכים ביותר במישור הרוחבי למספר מצומצם של נגעי היעד מחושב ^4. למרות התעניינות הגוברת ברציפות בהערכת תגובה טיפולית גידול, לא הייתה שום הבטחת איכות קלינית (QA) רפאים / QA נהלים לסמן הביולוגי ההדמיה.

תוכן "> בהתחשב בכך שמדידת גודל גידול המבוססת על קריטריוני WHO ו / או RECIST היא סמן ההדמיה היחיד שאושר על ידי מנהל מזון ארצות הברית ובתרופות אמריקניות (FDA), כנקודת התחלה של QA עבור כל סמנים ביולוגיים הדמיה אחרות, Lee et al. תוכנן ונבנה UTHSCSA / Gammex מארק 1 וסימן 2 פנטומים לQA של מדידת גודל גידול בשיתוף פעולה עם Gammex Inc ^7. מארק 1 הפנטום היה גרסה מתוקנת של Gammex פנטום מסחרי בארה"ב ובכך, לגודל היה גדול מדי מכדי להתאים ל בעלי החיים CT וסורקי MR. גם כמה כלים במארק 1 הפנטום היו מיותרים למדידת גודל גידול. מארק 2 הפנטום תוכנן בהתבסס על RECIST שהוא סמן ההדמיה-FDA האחרון. עם זאת, גודלו של מארק 2 הפנטום עדיין היה גדולה מדי עבור MR סורקים, ו-CT, ואיכות תמונה של MR הפנטום לא היה מקובל למדידת גודל גידול מדויקת ^7.

QA הפנטום תוארדרור עוצב מחדש כדי להתגבר על חסרונות של רוחות הרפאים הקודמות ונבנה באמצעות רקמה מהונדס-מחקים (TM) של חומרים ופרוטוקולים שפותחו במעבדה שלנו. מאמר זה מתאר את הפרטים של הפרוטוקולים לפנטום בנייה: ראשית, הם הציגו שיטות להכנת תבניות סיליקון הדרושות ליציקת עצמים מבחן המדמים-גידול ולהרכבה מסובב למסתובב פנטום כדי למנוע שקיעת גרביטציה. שנית, פרוטוקולים להכנת חומרי TM שונה מד 'סוזה et al. של לארה"ב, CT ו-MR הדמיה מתוארים ^11. את התכונות הפיסיקליות של חומרי TM נבדקו בכל שיטה כדי להבטיח כי חומרי TM מיוצגים רקמות רכות אדם, כפי שנצפו בתמונות שנרכשו עם האופנים שונים, אך התוצאות אינן המוצגות כאן. שלישית, הפרוטוקול לפנטום הבנייה מתואר. לבסוף, תמונות של הפנטום בארה"ב, CT ו-MR מוצגות כתוצאות.

Protocol

1. פנטום עיצוב

ציור של פרה multimodality הפנטום מוצג באיור 1 ^{7, 8.} גודלו של הפנטום הוא 38 מ"מ בקוטר 115 מ"מ באורך שיאפשר הפנטום לסריקה בסורקים של בעלי חיים שונים. הפנטום מכיל חמישה אובייקטי בדיקת גידול המדמה-(בקוטר: 14, 10, 7, 4 ו 2 מ"מ) שהונחו בעומק של 10 מ"מ בפנטום.

2. בניית תבנית הסיליקון

תבניות סיליקון מוכנות להטיל את אובייקטי מבחן המדמה-גידול כפי שתואר בסעיף זה ^7. כל לוחות אקריליק ומוטות הנדרשים להכנת תבניות סיליקון נחתכים עם דיוק של 25 מיקרומטר בחנות מכונת באוניברסיטת מדעי בריאות במרכז טקסס בסן אנטוניו (UTHSCSA).

1. לעשות חמישה חורים (בקוטר: 14, 10, 7, 4, 2 מ"מ) לאובייקטי בדיקה ועוד חמישה חורים (קוטר: 6 מ"מ) למוטות יישור בשני בסיס אקריליצלחות (גודל: 4.2 ס"מ × × 11.5 ס"מ 0.9 ס"מ) (איור 2).
2. חותכים זוגות spacer עם גובה של 7, 5, 3.5, 2 ו 1 מ"מ (גודל: 1.0 ס"מ × 5.5 ס"מ) (איור 2 ב ').
3. הכן את כדורי פלדה (קוטר: 14, 10, 7, 4 ו 2 מ"מ, דיוק: 2.5 מיקרומטר).
4. מקום שני זוגות spacer עם גובה של 7 מ"מ ובסיס צלחת על צלחת אקריליק דקה ברצף ולהדק אותם באמצעות C-מלחציים (איור 2 C).
5. הכנס את כדור הפלדה בקוטר 14 מ"מ לחור 14 מ"מ של צלחת הבסיס ולהדביק אותו באמצעות JB KWIK (איור 2 C). חזור על הנהלים לשאר כדורים (איור 2 ד ') ולצלחת הבסיס האחרת. שימו לב שכדורי הפלדה בשתי צלחות בסיס מודבקים כמראה תמונות ^7.
6. צרף ארבע צלחות 2.5 ס"מ אקריליק עילית (גודל: 2.5 ס"מ × 11.5 ס"מ לשתי צלחות ו2.5 ס"מ × 4.2 ס"מ לשתי צלחות עוד) על גבי כל אחד מהבסיסים באמצעות סרט דביק כמו גדרות ( אונג> איור 3).
7. צרף את הצלחת העליונה (גודל: 4.2 ס"מ × 11.5 ס"מ, חמישה חורים עם 0.8 ס"מ בקוטר, עשרה חורים עם 1.2 ס"מ בקוטר) באחד ממכלולי צלחת הבסיס להוספת חמש מוטות אקריליים (קוטר: 0.8 ס"מ ואורך: 0.5 ס"מ) עם טיפים 1 מ"מ, ולהכניס חמש מוטות יישור (קוטר: 0.9 ס"מ ואורך: 5.0 ס"מ) ולשפוך סיליקון (איור 3).
8. הכנס את המוטות אקריליים לתוך חורי ס"מ 0.8 בצלחת העליונה כל הדרך לחלק העליון של כדורי פלדה ודבקם באמצעות דבק סיליקון. לאחר מכן להוסיף מוטות יישור לתוך החורים בצלחת הבסיס דרך חורים גדולים יותר בצלחת העליונה (איור 3).
9. מערבבים חלק מתרכובת גומי סיליקון עם חלק ב 'בשיעור של 10 ל -1 במשקל.
10. יוצקים את תרכובת גומי סיליקון להרכבה ולייבש את ההרכבה בטמפרטורת חדר למשך כ -24 שעות (איור 3 ב ').

3. עצרת מסובב

t "> המסובב מוכן מצינור PVC ומנוע מתקן צלייה.

1. לטחון סוף הבורג כדי להתאים את החור של מנוע מתקן צלייה.
2. הברג את בורג הקרקע לקצה צינור PVC (אורך: 270 מ"מ וקוטר פנימי: 75 מ"מ) באמצעות אגוזים ומכונת כביסה.
3. כופפו את לוחות מתכת ודבקם על צלחת פלסטיק באמצעות JB KWIK לתמוך צינור PVC ולהתאים את הגובה של צינור PVC ^7.

4. הכנת חומר TM

הפרוטוקולים להכנת חומרי TM הם שונה מאלו שפותחו במעבדתו של ד"ר ארנסט ל מדסן באוניברסיטת ויסקונסין במדיסון, ופרטים נוספים נמצאים בLee et al. ^8,11.

4.1 הכנת חומר רקע TM

1. עובר חלב כולו מסחרי (200 סמ"ק) דרך 20 מיקרומטר ולאחר מכן 10 מיקרומטר מסנני רשת.
2. ממיסים תימרוסל (0.2 גר ') בחלב המסונן (100 סמ"ק).
3. באמצעות ואקום בית, דהגז זה פתרון חלב למשך 30 שניות בטמפרטורת חדר.
4. ממיסים היבש agarose (2 גר ') במי deionized (18 MΩ) (100 סמ"ק) בטמפרטורת חדר.
5. לאחר מכן להוסיף 1-propanol (7.9 סמ"ק) וBaSO ₄ (ז 1) לפתרון agarose.
6. דגה פתרון agarose ולאחר מכן לחמם אותו באמבט מים 95 מעלות צלזיוס עד לפתרון agarose מנקה.
7. בעוד פתרון agarose מנקה ב95 ° C אמבט מים, חום חלב המרוכז ב55 ° C אמבט מים.
8. הזז את הפתרון המותך agarose ל55 ° C אמבט המים כדי להתקרר.
9. ברגע ששני פתרונות הם על 55 מעלות צלזיוס, לערבב agarose פתרון (50 סמ"ק) עם חלב מרוכז (50 סמ"ק) כדי להפוך את היחס של 50 עד 50 לפי נפח ומערבבים את התערובת ואחרי הסרת בועת אוויר מפני השטח לאט.
10. לאחר מכן להוסיף EDTA (0.103 g) וCuCl ₂ · 2H ₂ O (0.06 גר ') לתערובת חלב agarose אחרי ערבוב מספיק כדי להבטיח אחידות.
11. לבסוף, להוסיף חרוזי זכוכית (15- קוטר 60 מיקרומטר, אומר קוטר: 35 מיקרומטר) (0.1 גר ') ומערבבים את התערובת הסופית שוב ושוב. לפני השימוש, יש להשרות את חרוזי הזכוכית בחומצה חנקתית מרוכזת למשך 24 שעות כדי להסיר את כל זיהומים ולאחר מכן לשטוף את החומצה.

4.2 הכנת חומר TM אובייקט מבחן

חומר TM עצם הבדיקה מוכן באופן דומה כחומר רקע TM למעט הבדלי ההלחנה הבאים:

1. עובר חלב כולו מסחרי (20 סמ"ק) דרך 20 מיקרומטר ולאחר מכן 10 מיקרומטר מסנני רשת.
2. ממיסים תימרוסל (0.02 גר ') בחלב המסונן (10 סמ"ק).
3. ממיסים היבש agarose (0.60 גר ') בטמפרטורת חדר פתרון של מים deionized (10 סמ"ק) ו1-propanol (0.79 סמ"ק).
4. דגה פתרון agarose ולאחר מכן לחמם אותו באמבט מים 95 מעלות צלזיוס עד לפתרון agarose מנקה.
5. בעוד פתרון agarose מנקה ב95 ° C אמבט מים, חום חלב המרוכז ב55 ° C אמבט מים.
הזז את הפתרון המותך agarose ל55 ° C אמבט המים.
6. ברגע ששני פתרונות הם על 55 מעלות צלזיוס, מערבב את פתרון agarose (5 סמ"ק) עם חלב מרוכז (5 סמ"ק) ומערבבים את התערובת ואחרי הסרת בועת אוויר מפני השטח לאט.
7. לאחר מכן להוסיף EDTA (0.0017 ז) וCuCl ₂ · 2H ₂ O (0.0010 ז) לחלב agarose אחרי ערבוב מספיק.

5. Multimodality פנטום עצרת

שימוש בתבניות סיליקון, השלבים הבאים הם השיגו לבנות פנטום multimodality.

1. על תבנית סיליקון ללא חורי 1 מ"מ, לצרף חוט ניילון יחד מרכז הספירות ודבקו בשני הקצוות של התבנית בעזרת דבק סיליקון (איור 4).
2. בעזרת מברשת רכה, למרוח המשחה סיליקון על פני השטח של שתי תבניות (איור 4) ולהרכיב שתי תבניות באמצעות מוטות יישור.
3. להכין חומר TM עצם בדיקה כאמור בסעיף4.2 ושופכים אותו דרך חורי 1 מ"מ של סיליקון העובש באמצעות מחט 22 מד של מזרק.
4. כדי לאפשר את אובייקטי הבדיקה כדי להגדיר, לאחסן את התבניות במקרר (5 מעלות צלזיוס) במשך כ -30 דקות.
5. בכל צד של המכל חצי גלילי (אורך: 115 מ"מ וקוטר: 38 מ"מ), להפוך את שני חורים של 1 מ"מ בעומק של 10 מ"מ ממשטח הפנטום כדי לעלות חוט ניילון עם חפצי בדיקה. הפוך את חור נוסף של 6 מ"מ לשפוך חומר TM רקע.
6. לפרוק את חפצי בדיקה עם חוט ניילון מהתבניות (איור 4 ב ') ולאחר מכן לעלות אותם במכל חצי הגלילי (איור 4 ג').
7. באמצעות 3M Scotch-ולד DP-100 וסרט דביק 3M, לדבוק אינם מנהלי אלומיניום דק (עובי: 0.12 מ"מ) על גבי המכל אקרילי. לחסום את פתחי 1 מ"מ מיכל אקרילי שמשתמשים באותו הדבק (איור 4 ג').
8. להכין חומר רקע TM מהירות ויוצקים באיטיות אותו לתוך חור 6 מ"מ של המכלבאמצעות משפך קטן מפלסטיק.
9. לאחר הסרת כל בועות אוויר, דבק חור 6 מ"מ באמצעות 3M Scotch-ולד DP-100.
10. לאחר הרכבה, לסובב את הפנטום ב 2 סל"ד במסובב במשך 4 עד 5 שעות בטמפרטורת חדר.
11. הסר את חוט הניילון אחרי חומרי TM בפנטום מתקשה לחלוטין.

6. ההדמיה multimodality

הפנטום נסרק באולטרסאונד פרה, CT ו-MRI ותמונות בשלושה אופנים נרכשים. פרוטוקולי ההדמיה מתוארים בפירוט בLee et al. ^{7, 8.}

Results

איור 3 ב 'ואיור 5 תכנית שתי תבניות סיליקון ליציקת חפצי בדיקה, וmultimodality הפנטום, בהתאמה. אורך × × רוחב עומק של כל עובש הוא 109 מ"מ × 37 מ"מ × 21 מ"מ ושתי תבניות הן תמונת ראי זה זהה. יש עובש אחד חורים 1 מ"מ שבו ניתן להוסיף חומר TM באמצעות מחט דקה. לכל אחד יש עובש יש חמישה חורים נוספים עבור מוטות יישור. אורך × × רוחב עומק של הפנטום הוא 115 מ"מ × 38 מ"מ × 24 מ"מ והמסה הראשונית שלה היה 101.02 גרם. גודלו של הפנטום הוא נאות להשתלב סורקים פרה.

Discussion

מטרתו של מאמר זה הייתה לספק את השיטות להכנת חומרי TM הדמיה multimodality ובניית פנטום multimodality קליני ככלי QA למדידת גודל גידול מדויק באמצעות שיטות שונות במוסדות שונים. כאמור, חומרי TM פותחו במקור על ידי מעבדתו של ד"ר ארנסט ל מדסן באוניברסיטת ויסקונסין במדיסון לשיטה רבת הדמיה ערמונית פנטום. אנחנו שונה הפרוטוקולים המהותיים TM של ד"ר מדסן למטרה שלנו כדי שיהיה ניגוד נאה בין אובייקטי בדיקה ורקע ולייצג את התכונות הפיסיקליות של רקמות רכות בארה"ב, CT ותמונות MR. השיטות...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
<חזק>ריאגנט/חומר
צינור PVC	N / A	N / A	הום דיפו
, אגוז, מכונת כביסה ולוחות מתכת	N / A	N / A	הום דיפו
צלחות ומוטות אקריליק	N / A	N / A	אספקת פלסטיק בסן אנטוניו, טקסס
כדורי פלדה	Nordex, Inc.	AEC-M2-2, -4, -7, -10 ו-14	מהדקי C בקוטר 2, 4, 7, 10 ו-14 מ"מ
מהדק	מתכוונן	1420-C	באורך 2 אינץ'
סרט מיסוך	3M דבקים וקלטות תעשייתיות	2600
סרט דביק	3M דבקים וסרטים תעשייתיים	S-3763SIL
ג'יי בי קוויק	ג'יי בי וולד ושות'	380238
3M דבק אפוקסי לריתוך סקוטי	3M דבקים וסרטים תעשייתיים	DP-100
גריז סיליקון	Permatex, Inc.	22058
דבק סיליקון	DAP, Inc.	688
תרכובת גומי סיליקון	Smooth-ON, Inc.	יחס תערובת חלק-SilTM950 חלק A ו-B	A:B = 10:1 לפי משקל
מברשת	N/A	N/A	לובי תחביב
	בקטון דיקינסון		309604 10 מ"ל
מחט	בקטון דיקינסון	305156	22 מד באורך 1.5 אינץ'
משפך	N/A	N/A	&NBSP;
מסנני רשת	חלקים קטנים, בע"מ	CMN-0010-C ו- CMN-0020-C	10 ו- 20 μ m
חלב מלא	N/A	N/A	HEB בסן אנטוניו, טקסס
Thimerosal	Sigma-Aldrich Co.	T5125
פרופנול	סיגמא-אולדריץ' ושות'	ברקוד 33538
EDTA	סיגמא-אולדריץ' ושות'	431788
CuCl2	Sigma-Aldrich Co.	459097
אגרוז	סיגמא-אולדריץ' ושות'	A0169
BaSO4	Sigma-Aldrich Co.	B8675
חרוזי זכוכית	Potters Industries, Inc.	3000E
PET/AL/LLDPE*	Pechiney פלסטיק אריזות, בע"	Pechiney Spec 151	חומר כיסוי פנטום
			*פוליאתילן טרפתלט/אלומיניום/פוליאתילן ליניארי בצפיפות נמוכה
<חזק>ציוד
מנוע רוטיסרי	ברינקמן	812-7103-S	הום דיפו
אמבט מים 1	Precision, Inc.	דגם: 282, סידורי #: 601091552
אמבט מים 2	VWR, Inc.	דגם: 1212, סידורי #: 08119606
אולטרסאונד	Visualsonics	סידורי #: 770/120-259
סידורי CT	גמא מדיקה-רעיונות	#: GR 0050
MRI		ברוקר חלק #: W3301390, סידורי #: 0030