Le misurazioni spaziali di perfusione, interstiziale pressione del fluido e liposomi accumulo nei tumori solidi

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di correlare l'accumulo intratumorale di nanoterapeutici con le proprietà del microambiente tumorale, tra cui la microcircolazione tumorale e l'elevata pressione del fluido interstiziale, o IFP. Questo metodo ci permette di rispondere a domande importanti sulle nanomedicine. Domande come cosa guida l'assorbimento eterogeneo di nanoparticelle all'interno di un tumore?

Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente una mappatura spaziale co-localizzata delle proprietà del microambiente tumorale e della distribuzione intratumorale delle nanoparticelle. Dopo aver confermato il livello appropriato di anestesia mediante topenge, applicare un unguento sugli occhi del topo e fissare gli arti dell'animale in posizione prona su una sottile tavola di plastica. Successivamente, inserisci un catetere personalizzato calibro 27 collegato a un pezzo di tubo PE10 di 20 centimetri nella vena caudale laterale e fissa il tubo con diversi pezzi di nastro adesivo.

Ora, riempi una siringa da un millilitro con almeno 200 microlitri di tomografia computerizzata, o liposomi CT e una siringa da un millilitro con almeno 150 microlitri di un rapporto 9-1 in volume di ioesolo libero mescolato con soluzione fisiologica. Posizionare la siringa di liposomi CT in una pompa a siringa e collegare il catetere alla siringa, impostando una velocità di pompaggio di 600 microlitri al minuto, equivalente a 10 microlitri al secondo. Quindi posizionare il mouse sul letto dello scanner micro CT e utilizzare il sistema di posizionamento laser per regolare il tumore in modo che abbia all'incirca lo stesso orientamento per ogni scansione.

Utilizzando il software della console dello scanner CT per ciascun protocollo di imaging di interesse, selezionare bright dark dal menu a discesa e fare clic sul pulsante di scansione per avviare la calibrazione e inizializzare il sistema. Per ottenere una micro TC anatomica volumetrica del tumore prima dell'iniezione di qualsiasi mezzo di contrasto, controllare prima l'indicatore del software della console dello scanner CT per confermare che gli interblocchi di sicurezza dello scanner CT siano stati eliminati. Quindi selezionare la scansione che utilizza un'energia di raggi X di 80 kilovolt, una corrente del tubo di 70 milliampere e cattura 1.000 proiezioni di immagini.

Quindi, avvia la scansione. Al termine della scansione, impostare la pompa per iniettare circa 150 microlitri della soluzione liposomica e premere il pulsante di avvio per iniettare il bolo di liposomi CT a una concentrazione di 55 milligrammi di iodio per millilitro di soluzione. Lavare manualmente il catetere con 50 microlitri di soluzione fisiologica per assicurarsi che sia stata iniettata l'intera quantità di agente liposomico e che il catetere sia stato pulito.

Dopo 10 minuti, eseguire una seconda scansione anatomica del tumore, come appena dimostrato. Per eseguire un DCE-CT, inserire una siringa di soluzione di ioesolo libera nella pompa a siringa e impostare la pompa per iniettare 100 microlitri di ioesolo alla stessa velocità di iniezione. Questi volumi di iniezione sono superiori allo standard di 200 microlitri, ma gli animali vengono monitorati durante il recupero e non sono stati osservati eventi avversi.

Quindi, sulla console dello scanner CT, selezionare una scansione dinamica di cinque minuti utilizzando un'energia dei raggi X di 80 kilovolt e una corrente del tubo di 90 milliampere, come appena dimostrato, che cattura 416 proiezioni di immagini ogni secondo per i primi 30 secondi, seguite da 416 proiezioni di immagini ogni 10 secondi. Acquisire cinque secondi di dati DCE-CT, quindi avviare la pompa di iniezione. Al termine della scansione, eseguire una terza micro TAC anatomica volumetrica.

48-70 ore dopo, acquisire immagini TC anatomiche dei liposomi utilizzando le stesse impostazioni volumetriche appena dimostrate. Per misurare l'IFP, fissare l'animale sulla piattaforma robotica CT IFP in modo che il tumore sia immobilizzato e accessibile al sistema robotico CT IFP. Ottieni una micro TAC anatomica come appena dimostrato.

Quindi caricare i dati pre-inserimento dell'ago nel software di allineamento del robot CT IFP e regolare la finestra e il livello per visualizzare il tumore. Fare clic sul bordo del tumore in qualsiasi immagine, seguito dalla selezione di una seconda posizione del bordo sul lato adiacente del tumore. Il software calcolerà una serie di posizioni lungo una linea lineare tra i due punti.

Quindi, selezionare le coordinate X, Y e Z per una serie di cinque-otto posizioni equidistanti dall'elenco. Quindi, lavare l'ago del sistema IFP con una soluzione salina di eparina e inserire le prime posizioni predeterminate dell'ago nelle finestre di coordinate X, Y, Z del software di controllo robot CT IFP. Premere il pulsante Vai per spostare il robot nella posizione desiderata.

Quindi, per ogni posizione dell'ago a turno, fare clic sul pulsante di inserimento dell'ago per inserire l'ago nel fazzoletto. Pizzicare e rilasciare il tubo PE20 per confermare una buona comunicazione del fluido tra l'ago IFP e il tessuto e osservare che la misurazione IFP aumenta e ritorna al valore di pre-pizzicamento sul software di acquisizione IFP. Infine, acquisisci una TAC anatomica con l'ago inserito, facendo clic sul pulsante di ritrazione dell'ago alla fine della scansione per rimuovere l'ago dal tessuto.

La selezione di una regione di interesse all'interno del tumore produce una curva tempo/intensità che può essere utilizzata per produrre stime quantitative di parametri emodinamici selezionati nel tumore. La segmentazione del volume tumorale in più regioni di interesse di uguali dimensioni consente la quantificazione della distribuzione spaziale di questi parametri all'interno del volume tumorale. Si può osservare anche la biodistribuzione dei liposomi CT a 48 ore dall'iniezione.

Come indicato, l'agente è ancora in circolazione nel sistema vascolare con un sostanziale assorbimento osservato nella milza e nel fegato. L'accumulo intratumorale di questi liposomi CT è eterogeneo con un accumulo prevalentemente periferico rispetto al centro del tessuto tumorale. L'ago può essere chiaramente identificato mediante micro TC ad alta risoluzione, consentendo la localizzazione spaziale delle misurazioni IFP all'interno del volume tumorale.

La misurazione spazialmente co-localizzata della profusione e della frazione di volume plasmatico dimostra una correlazione significativa con l'accumulo intratumorale di liposomi CT nei tumori sottocutanei. Inoltre, la distribuzione radiale dell'IFP è correlata con le altre misure emodinamiche, suggerendo una complessa relazione spazio/temporale tra il microcircolo tumorale, l'IFP e l'accumulo intratumorale dei liposomi. Durante il tentativo di questa procedura, è importante fissare l'animale sul letto dello scanner, garantendo il minimo movimento del tumore tra le misurazioni dell'IFP.

Le implicazioni di questo lavoro si estendono allo sviluppo di nuove terapie. Il trasporto di nanoparticelle è un primo passo fondamentale nella costruzione di terapie efficaci basate sulla nanomedicina. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona idea di come mappare spazialmente la pressione del fluido interstiziale tumorale, la microcircolazione tumorale e la distribuzione delle nanoparticelle.