ブタ脳への注入のための磁気共鳴ガイド下定位固定装置
March 31st, 2023
ここで紹介するプロトコルは、対流増強注入を使用してブタの脳に定位固定性を示し、リアルタイムの磁気共鳴画像法(MRI)視覚化ガイダンスとリアルタイムの輸液分布視覚化を行います。
ここでは、MRガイド下定位固定装置の適用をブタの脳に拡大し、輸液剤の分布を送達および監視します。豚の脳の大きさは、翻訳的な画像化および脳神経外科的介入を可能にする。3T MRIスイートのMRガイド下定位注射にブタモデルを使用します。
ブタにおける定位固定装置手順の実施を視覚的に報告し、ブタを収容するためのMRIスイートの適応を説明し、注入液の分布を評価するためにビデオと同時MRイメージングの両方で手順を視覚化します。動物のポジショニング。MRIスキャンの準備として、MRIテーブルに被験者を配置します。
タオルとフォームパッドで胴体を持ち上げます。目標は、首を曲げて鼻がテーブルに触れそうになった状態で頭がわずかに下向きに倒れることです。MRIヘッドホルダーピンは、ヘッドをMRテーブルに固定したままにするために両側接合体に固定されました。
セットされると、MRIテーブルは、被験者の頭がボアの端に達するまでスキャナーのボアに移動します。MRI支援視覚化ガイダンスによる外科的挿入の計画。無菌方式で領域を準備します。
グリッドの接着側を患者の頭の上に貼り付け、バリ穴がある場所を中心に、基準計画グリッドを被験者の頭皮に配置します。グリッドを設定した状態でMRIスカウトスキャンを実行します。ソフトウェアで投影されたエントリポイントとターゲットポイントを手動でドラッグして、目的のエントリポイントとターゲットポイントを含む推奨軌道を調整し、血管を回避し、剥離と溝の違反を最小限に抑えます。
外科医の好みに基づいて目的の軌道が特定されたら、MRガイダンスソフトウェアを実行してグリッド上のエントリポイントを見つけます。定位フレームを固定し、ソフトウェア投影によってアライメントを繰り返し調整します。最初に6本のボーン固定ネジと4本のオフセットネジでベースを固定することにより、グリッド上の目的のエントリポイント座標の周りに定位フレームを組み立てます。
6本の骨固定ネジを頭皮を通してグリッド上の頭蓋骨に固定します。6本のアンカーネジは、定位フレームを安定させ、穴あけ中の動きを避けるために使用されます。タワーの基部にある4本のオフセットネジを、頭蓋骨に固定されているスキンを通して固定します。
フレームベースをセンターネジまで持ち上げることでセンターボーンネジを締め付け、ベースを安定させるためのカウンターフォースとして機能します。定位フレームベースが固定されたら、フレームの組み立てを続行します。MRIソフトウェアのオプションである高解像度のT1強調MP-RAGE MRIスキャンを、フレームを所定の位置にセットして実行し、フレーム基準をキャプチャして軌道を確認します。
ソフトウェアで目的の投影カニューレ挿入軌道を確認します。ソフトウェアの出力調整パラメータで示されているように、サムホイールを回してピッチ、ロール、およびXYの調整を実行します。MRガイダンスソフトウェアを使用して、目的の軌跡の頭蓋骨の厚さと脳までの総距離を測定します。
注入のためにカニューレを穿孔して挿入する。感染を防ぐために切開を行う前にヨウ素スクラブを使用してください。定位フレームの下のメスを使用して頭皮を3センチメートル切開します。
アクセス穴を作成する前に調整を実行して、ドリル挿入用のフレームを設定します。センターガイドチューブを取り外し、穴あけ用の3.4ミリメートルドリルビットに適合するチューブと交換します。外科医が手動ドリルでドリルしている間、フレームを所定の位置に保持するためのアシスタントがいることを確認して、フレームの安定性を高めます。
2番目のドリル挿入用のフレームを設定して、バリ穴を広げ、軌道を変更する可能性のある骨の衝突を回避します。4.5ミリメートルのドリルビットでドリルをセットアップします。センターガイドを、この大きなドリルビットに適合するガイドと交換します。
4.5ミリメートルのバリ穴を作成します。鋭いスタイレットで硬膜を突き刺します。事前にプライミングされたフレーム互換の輸液カニューレを挿入します。
気泡が導入されないように、カニューレの背圧が一定であることを確認してください。ソフトウェアは、計画されたターゲットに特定の深さを提供します。定位フレーム対応輸液カニューレの深さを測定し、カニューレ関連デプスストップを使用します。
繰り返しMRIスキャンで注入を監視します。ガドリニウムベースの造影剤との共注入として所望の薬剤の注入を開始する。定期的にMRIスキャンを実行して、ガドリニウムの同時注入により推測できる脳内のカニューレ挿入剤の注入と分布量を監視します。
カニューレ先端の周りの過信号領域は、ガドリニウムベースの造影剤の存在を示します。注入が終了したら、ポンプを停止します。カニューレを取り外す前に、注入の終了後5分間カニューレを脳内にとどまらせます。
MRIスキャナーのピグ位置は、外科医が手術するための最適なアクセスと、定位フレームと注入カニューレのクリアランスを提供します。MRIガイドによる視覚化により、カニューレの脳への正確な計画と挿入が可能になります。定位フレームはソフトウェアでスキャンされ、目的の場所に効果的に到達するように調整されます。
カニューレ注入後の反復術間MRIスキャンは、注入がどのように脳組織に送達されるかを示す。定位フレームは、ブタの脳モデルへの正確で制御された注入を可能にします。このプロトコルにより、注入速度やカニューレ挿入の精度などのパラメータをリアルタイムで変更したり、手順内イメージングによって指示されるように一時停止したりできることを確立しました。
リアルタイムMRイメージングシステムにより、分布量を正確に測定できます。ブタは、リアルタイムMRIで追跡された注入のための大型動物モデルとして、細胞送達および他の翻訳的価値のある薬剤による脳への薬物送達の研究の可能性を提示する。MRガイド付きの視覚化は、豚の脳へのアクセス、カニューレの挿入、および輸液剤のモニタリングのためのリアルタイムのガイダンスを提供します。
穿孔プロセス、組織の変形、および/または白質路の破壊は、脳への困難および薬剤送達に寄与することが報告されている。計画およびカニューレ挿入中の反復MRIスキャンは、小さな調整のための機能を提供します。
概要
この研究は、リアルタイムの磁気共鳴画像法（MRI）によってガイドされた対流強化注入を用いてブタの脳に対してステレオタキシーを行うためのプロトコルを提示します。その目的は、大動物モデルにおいて注入剤の投与とモニタリングの実現可能性を示し、それによって神経外科手術技術の応用を促進することです。
研究の主要な構成要素
科学の分野
- 神経外科
- 磁気共鳴画像法
- 注入技術
背景
- ブタは、脳の大きさにより神経外科的介入のための価値ある大動物モデルを提供します。
- リアルタイムMRIは、精密な手術計画と注入剤の投与のためのガイダンスを提供します。
- この研究は、先進的な画像技術を用いて脳に効果的に剤を注入するためのプロトコルを確立することを目的としています。
研究の目的
- ブタにおけるMRガイドステレオタキシー手順を実証すること。
- リアルタイムで注入剤の分布を視覚化すること。
- 神経外科における応用を可能にすること。
使用された方法
- 研究は、ステレオタキシー注射のイメージングとガイダンスのために3T MRIスーツを利用します。
- ブタモデルが手術手順に使用され、動物の位置決めとステレオタキシーフレームの固定が含まれます。
- MRIスキャンと同時に注入の継続的なモニタリングが行われます。
- 切開、ドリリング、カニューレ挿入を含む手術手順の詳細なステップが概説されています。
主要な結果
- このプロトコルは、MRイメージングを通じて脳内の注入分布の正確なモニタリングを可能にします。
- 手術中のイメージングデータに基づいて、必要に応じて注入パラメータのリアルタイム調整ができます。
- この結果は、画像技術と手術介入を統合する能力を示しています。
結論
- この研究は、MRガイダンスを使用してブタの脳に正確な注入を行うためのプロトコルを確立します。
- リアルタイムで注入をモニタリングし調整する能力は、薬物送達研究の実現可能性を高めます。
- ブタを大動物モデルとして利用することで、薬物分布と神経外科技術の研究における先進的なアプローチをサポートします。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Magnetic resonance-guided stereotaxy in the pig brain enables precise, real-time visualization and control of intracerebral infusions, supporting translational drug delivery research. This approach addresses the challenge of accurate agent distribution in large animal models, enhancing predictive confidence for CNS-targeted therapeutics. The method strengthens the bridge between preclinical discovery and clinical translation by enabling iterative adjustment and monitoring of infusion parameters.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of CNS delivery hypotheses in a translationally relevant large animal model.
- Supports mechanistic de-risking by allowing real-time adjustment of infusion parameters based on imaging feedback.
- Facilitates functional validation of delivery devices and agents prior to clinical studies.
Screening & Assay Development
- Provides a platform for validating infusion protocols and monitoring agent distribution quantitatively.
- Supports reproducibility and standardization of delivery techniques through iterative imaging and software-guided alignment.
- Enables readiness for downstream compound evaluation by ensuring precise targeting and volume control.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant system requirements for CNS drug delivery studies in large animal models.
- Ensures continuity from discovery to preclinical validation by enabling real-time monitoring of agent distribution.
- Reduces translational risk by providing actionable data on delivery accuracy and tissue targeting.
Pipeline & Workflow Integration
This MR-guided stereotaxy protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum for CNS therapeutics, supporting both early mechanistic studies and translational validation.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing for CNS delivery and agent distribution in a large animal context.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible imaging outputs for protocol optimization and comparison.
- Analytics: Provides real-time volumetric measurements of agent distribution to inform decision-making.
- Translational Research: Bridges preclinical and clinical workflows by modeling human-relevant delivery challenges.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for iterative testing of infusion agents and devices.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in CNS delivery strategies and reduces mechanistic ambiguity.
- Operational Value: Standardizes infusion procedures and enables real-time protocol adjustments.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk for CNS programs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of CNS delivery candidates and technologies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in MRI-guided neurosurgical procedures and animal handling.
- Demands access to high-field MRI infrastructure and compatible stereotactic equipment.
- Necessitates cross-team standardization of imaging protocols and surgical workflows.
- May require adaptation for different animal models or agent types based on anatomical and procedural variables.
- Potential limitations include tissue deformation and the need for iterative imaging to ensure targeting accuracy.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:15
Introduction
0:55
Animal Positioning
1:31
Planning Surgical Insertion with MRI-Assisted Visualization Guidance
2:24
Securing the Stereotactic Frame and Adjusting Alignment Iteratively Through Software Projection
3:55
Drilling and Inserting the Cannula for Infusion
5:41
Monitoring the Infusion with Repeated MRI Scans
6:31
Representative Results
7:15
Conclusion
