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

L'obiettivo generale di questo esperimento è mettere in relazione l'accumulo intratumorale dei nanofarmaci con le proprietà del microambiente tumorale, inclusa la microcircolazione tumorale e la pressione elevata del liquido interstiziale, o IFP. Questo metodo ci permette di rispondere a domande importanti sui nanofarmaci, come ad esempio: cosa determina l'assorbimento eterogeneo delle 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 adeguato di anestesia mediante toponge, applicare un unguento sugli occhi del topo e fissare gli arti dell'animale in posizione prona su una sottile tavola di plastica. Successivamente, inserire un catetere personalizzato da 27 gauge collegato a un tratto di tubo PE10 lungo 20 centimetri nella vena laterale della coda e fissare il tubo con diversi pezzi di nastro.

Ora, riempire una siringa da un millilitro con almeno 200 microlitri di liposomi di tomografia computerizzata, o liposomi CT, e una siringa da un millilitro con almeno 150 microlitri di un rapporto 9-1 in volume di iopamidolo libero mescolato con soluzione salina. Posizionare la siringa con i liposomi CT in una pompa per siringhe e collegare il catetere alla siringa, impostando una velocità della pompa di 600 microlitri al minuto, pari a 10 microlitri al secondo. Quindi posizionare il topo sul lettino dello scanner micro-CT e utilizzare il sistema laser di posizionamento per regolare il tumore in modo che abbia approssimativamente la stessa orientazione per ogni scansione.

Utilizzando il software della console della TC per ciascun protocollo di imaging di interesse, selezionare da menu a tendina chiaro-scuro 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 agente di contrasto, verificare innanzitutto l'indicatore del software della console della TC per confermare che i blocchi di sicurezza della macchina siano stati disattivati. Quindi selezionare la scansione che utilizza un'energia a raggi X di 80 kilovolt, una corrente del tubo di 70 milliampere e acquisisce 1.000 proiezioni di immagine.

Quindi, avviare la scansione. Al termine della scansione, impostare la pompa per iniettare circa 150 microlitri della soluzione di liposomi e premere il pulsante di avvio per iniettare il bolo di liposomi TC a una concentrazione di 55 milligrammi di iodio per millilitro di soluzione. Lavare manualmente il catetere con 50 microlitri di soluzione salina per assicurarsi che l'intera quantità di agente liposomiale sia stata iniettata e che il catetere sia stato completamente svuotato.

Dopo 10 minuti, eseguire una seconda scansione anatomica del tumore, come appena dimostrato. Per eseguire una DCE-CT, posizionare una siringa contenente soluzione libera di iomeprolo nella pompa per siringhe e impostare la pompa per iniettare 100 microlitri di iomeprolo 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 consolle della TC, selezionare una scansione dinamica di cinque minuti utilizzando un'energia a raggi X di 80 kilovolt e una corrente del tubo di 90 milliampere, come appena dimostrato, che acquisisce 416 proiezioni d'immagine ogni secondo per i primi 30 secondi, seguite da 416 proiezioni d'immagine ogni 10 secondi. Acquisire cinque secondi di dati di DCE-TC, quindi avviare la pompa di iniezione. Al termine della scansione, eseguire una terza scansione anatomica micro-TC volumetrica.

48-70 ore dopo, acquisire immagini anatomiche di tomografia computerizzata dei liposomi utilizzando le stesse impostazioni volumetriche appena illustrate. Per misurare la pressione interstiziale del tumore (IFP), fissare l'animale sul piano robotizzato CT IFP in modo che il tumore sia immobilizzato e accessibile al sistema robotizzato CT IFP. Effettuare una scansione micro-TC anatomico come appena dimostrato.

Quindi caricare i dati precedenti all'inserimento dell'ago nel software di allineamento robotico CT IFP e regolare la finestra e il livello per visualizzare il tumore. Fare clic sul bordo del tumore in un'immagine qualsiasi, quindi selezionare un secondo punto sul bordo situato sul lato adiacente del tumore. Il software calcolerà una serie di posizioni lungo una linea retta tra i due punti.

Quindi, selezionare le coordinate X, Y e Z per una serie di cinque a otto posizioni equidistanti dall'elenco. Successivamente, lavare l'ago del sistema IFP con una soluzione salina eparinizzata ed inserire la prima posizione predeterminata dell'ago nelle finestre delle coordinate X, Y, Z del software di controllo del 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 inserisci ago per inserire l'ago nel tessuto. Pizzicare e rilasciare il tubo PE20 per confermare un'adeguata comunicazione fluida tra l'ago per la misurazione della pressione interstiziale (IFP) e il tessuto, e osservare che la misurazione dell'IFP aumenta e ritorna al valore precedente al pizzicamento sul software di acquisizione dell'IFP. Infine, acquisire una scansione TC anatomica con l'ago inserito, facendo clic sul pulsante ritrai 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 ottenere stime quantitative di specifici parametri emodinamici nel tumore. La suddivisione del volume tumorale in più regioni di interesse di uguale dimensione consente la quantificazione della distribuzione spaziale di questi parametri all'interno del volume tumorale. Può inoltre essere osservata la distribuzione biologica dei liposomi a base di CT a 48 ore dal trattamento.

Come indicato, l'agente è ancora in circolo nel sistema vascolare con un notevole accumulo osservato nella milza e nel fegato. L'accumulo intratumorale di queste liposomi TC è eterogeneo, con un'accumulazione prevalentemente periferica rispetto al centro del tessuto tumorale. L'ago può essere chiaramente identificato mediante micro-TC ad alta risoluzione, consentendo la localizzazione spaziale delle misurazioni della pressione interstiziale del fluido (IFP) all'interno del volume tumorale.

La misurazione spazialmente co-localizzata della perfusione e della frazione di volume plasmatico dimostra una correlazione significativa con l'accumulo intratumorale di liposomi CT in tumori sottocutanei. Inoltre, la distribuzione radiale della pressione interstiziale (IFP) correla con altre misurazioni emodinamiche, suggerendo una complessa relazione spaziale/temporale tra la microcircolazione tumorale, la IFP e l'accumulo intratumorale dei liposomi. Durante l'esecuzione di questa procedura, è importante fissare l'animale sul lettino dello scanner, garantendo un movimento minimo del tumore tra le misurazioni della IFP.

Le implicazioni di questo lavoro si estendono allo sviluppo di nuove terapie. Il trasporto delle nanoparticelle rappresenta un passo fondamentale per creare terapie efficaci basate sulla nanomedicina. Dopo aver visto questo video, dovreste avere un'idea chiara di come mappare spazialmente la pressione del fluido interstiziale nel tumore, la microcircolazione tumorale e la distribuzione delle nanoparticelle.