Name: ポータブル卓上焦点式超音波システムを使用したマウスモデルにおける多形性神経膠芽腫の治療のためのソノダイナミック療法 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-02-10T14:20:00.000+00:00
Duration: 9 min 7 s
Description: 学ぶソノダイナミック療法を用いたマウス多形性神経膠芽腫モデルの非侵襲的治療法。MRIガイド下の集束超音波により腫瘍を標的化し、正常組織を保護する革新的な前臨床プロトコルを解説します。

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著者らは、米国国立科学財団(NSF)のSTTRフェーズ1賞(#:1938939)、ASME国防高等研究計画局(DARPA)賞(#:N660012024075)、および米国国立衛生研究所(NIH)の国立トランスレーショナルサイエンス推進センター(NCATS)が運営するジョンズ・ホプキンス研究所の臨床研究奨学生プログラム(KL2)からの資金援助に感謝しています。細胞は、Mayo Foundation for Medical Education and Researchから購入し、提供されました。

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</ol>

著者らは、この研究は、潜在的な利益相反と解釈される可能性のある商業的または金銭的関係がない状態で実施されたと宣言しています。Amir Manbachiは、BK Medical(GE Healthcare)、Neurosonics Medicalで教鞭を執り、コンサルティングを行っており、特許出願中の多くのFUS技術の発明者でもあります。ベティ・タイラーはNIHから研究資金を受けており、Accelerating Combination Therapies*の共同所有者です。Ashvattha Therapeutics Inc.は、彼女の特許の1つもライセンスしており、彼女はPeabody Pharmaceuticalsの株主です(*株式またはオプションを含む)。

膠芽腫の患者には、新しい治療的で効果的な治療法の選択肢が必要です。このプロトコルは、現在臨床翻訳のための広範な調査を受けているGBMの前臨床FUS媒介治療の概要を説明しています。SDTはエキサイティングな可能性を秘めていますが、前臨床の現場では、まだ理解し、最適化すべきことがたくさんあります。
このプロトコルの最も重要な要素の1つは、MRガイド下FUSを利用して腫瘍を標的とし、最大限の効果を発揮することです。ファントムを使用して、3D座標空間を作成し、軸方向のMRIスライスの各ピクセルに座標を割り当てることができます。次に、MR画像上の超音波処理位置を選択する簡単な手順で、探触子に照準を合わせる場所を通知します。使用される前臨床FUSシステムは、画像確認なしでは標的にすることが困難な深部腫瘍を含む、腫瘍などの特定の病理学の位置を標的にする必要がある場合に、非常に汎用性が高く、適用できます。ガドリニウムを造影剤として使用すると、腫瘍が明確に可視化され、ユーザーはターゲットを選択する際に十分な情報に基づいた決定を下すことができます。SDTが他の多くの治療法よりも優れている点は、腫瘍特異的な治療法であることです。低強度のFUSは腫瘍組織のみを標的とし、健康な脳実質は比較的手つかずのまま残すべきである3,8。
この実験の結果は、このプロトコルの利点が、SDTの文献にある他の所見と同様の治療結果にどのようにつながるかを強調しています。 図5 は、治療日からわずか24時間以内に、治療されたコホートで腫瘍増殖の鈍化が見られたことを示している。この小さなサンプルサイズでは有意ではありませんが、動物の数が多いと有意性が生じる可能性があります。この腫瘍増殖の遅延は、Wu et al.(2019)によるこのテーマに関する先駆的な論文で示されたものと似ており、治療された動物では時間の経過とともに腫瘍の成長が遅くなり、生存期間が長くなりました9。
このプロトコルを設計する際に考慮されたのは、動物の系統、腫瘍の種類、および超音波増感剤の選択でした。このプロトコルには、複数の理由から、アティミックヌードマウスが選ばれました。まず、裸のマウスは、髪の毛がないため減衰が防止されるため、超音波処理が容易です。また、免疫系がないため、患者由来の異種移植片(PDX)を移植できるため、腫瘍モデルは臨床状況により近いものになります。胸腺モデルを使用することの欠点は、免疫系を特徴付けることができないため、SDTによって生成された免疫応答はこれらの研究で測定されないことです10。選択された腫瘍株は、攻撃的で急速に増殖するPDX株です。腫瘍の確立を確認する必要があるため、治療時間は非常に重要ですが、腫瘍の負荷は頭蓋半球を満たすべきではありません。細胞株が異なれば、前臨床試験に最適なサイズの腫瘍を実現するために必要なインキュベーション時間も異なります。このプロトコルでは、5-ALAは、以前の実験(未発表データ)でこの細胞株の in vitro で確認されているGBM腫瘍の優先的な取り込みのために超音波増感剤として使用されました。他の超音波増感剤を代用して試験し、有効性と安全性に最も適した化合物を決定することができます。最後に、以前の文献では、これがその注射用量5の最適な時間であることが示されているため、治療は5-ALA注射の3時間後に開始されました。
このプロトコルで選択されたFUSパラメータ(各ターゲット位置で515kHzで2分間10W / cm2)は、以前の文献と初期実験のレビューに基づいて決定されました4,9。腫瘍全体を覆う超音波処理点のグリッドは、腫瘍全体にわたってROS効果を生成するために選択された。ここで用いられた強度は他の論文よりも高いが、短期間では、25 W/cm2までの強度がマウスモデルで有意な副作用なしに正常に使用されているため、温度関連の悪影響につながることはないと予想されている11。重要なことは、標準化または最適化されたFUSパラメータのセットが文献に発表されていないことです。したがって、ここで報告される特定の値を調整して、最適なパラメータセットを決定し、安全性を維持しながら腫瘍組織を最大限に縮小することができます。さらに、細胞株が異なれば血管新生や低酸素症のレベルも異なるため、この治療を調整する必要があるかもしれません。SDT治療の24時間以内に腫瘍の増殖が全体的に減少することが示されましたが(図5)、この治療の最大の効果を判断するには、パラメーターを最適化する必要があり、より多くの動物をテストする必要があります。治療後のMRIスキャンでは、健康な組織にFUS治療によって生じた病変は見られず、その影響は腫瘍組織に限局しています(図6)。また、SDTを血液脳関門の一過性透過化などの他のFUS技術と組み合わせて、腫瘍における5-ALAの取り込みを最大化する機会もあります12。このプロトコルは、構造レベルで安全性と有効性をチェックするために、さまざまな組織学技術を実行することによってさらに補完することができます。ヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)染色は、構造的損傷または腫瘍損傷を調べるために実施することができ13、細胞アポトーシスを調べるために、末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼdUTPニックエンドラベリング(TUNEL)染色を行うことができる14。いずれにせよ、このプロトコルは、SDTで治療された腫瘍と未治療の腫瘍の増殖速度を比較し、超音波処理の前後の腫瘍スライスを比較することによって明らかな、治療後24時間でも変化が顕著である安全で腫瘍特異的な治療法を提示します。
どのプロトコルでも、常に比較検討する必要がある欠点や制限があります。現在のプロトコルの主な制限は、時間と費用です。一方、このプロトコルの利点の1つは、その自動化された焦点を絞ることです。この焦点を絞った手順を実行するには、腫瘍の標的が正しいことを確認するために、個々の動物ごとにMRIスキャンを行う必要がありますが、このプロセスには時間と費用がかかる可能性があります。さらに、必要な焦点の数によっては、このプロトコルを実行する時間が数匹でも数時間になる可能性があり、実験動物の数が少なくなります。これらの欠点にもかかわらず、この標的を絞った非侵襲的プロトコルは、開腹手術の選択肢と比較すると、依然として実行可能な好みです。
結論として、このプロトコルは、前臨床マウスモデルで健康な神経組織を維持しながら、治療の24時間以内に脳内の腫瘍増殖を減少させるSDT治療の能力を示しました。SDTの有効性の研究と、ROS産生を増加させるためのさまざまなパラメーターの最適化は、この治療法を臨床的に適切なものにするために必要です。SDTを非侵襲的治療モデルとして使用するための新しい道を模索する必要があります。

神経膠芽腫(GBM)は、10万人あたり3.21人の発生率を持つ非常に悪性度の高い脳腫瘍の一種であり、最も一般的な悪性脳腫瘍です1。現在の標準治療には、外科的切除、放射線療法、および化学療法が含まれる2。腫瘍の浸潤性および浸潤性の性質のため、腫瘍の完全切除はまれである。腫瘍辺縁に残存組織があると、腫瘍の再発率が高く、5年後の生存率は6%未満と低くなります1。
この予後により、研究者はこの致命的な病気と戦うための新しい治療法の選択肢を模索しています。ソノダイナミック療法(SDT)は、低強度焦点式超音波(FUS)と超音波増感剤を組み合わせて、標的細胞に細胞毒性効果をもたらす非侵襲的治療法です3。一例として、5-アミノレブリン酸(5-ALA)などのポルフィリンベースのソノセンシタイザーは、腫瘍細胞によって優先的に取り込まれ、集束超音波に曝露されると、反応性酸化種(ROS)産生を有害なレベルまで増加させます。細胞内のROSの過剰発現レベルは、細胞構造を損傷し、アポトーシスを引き起こす可能性があります。5-ALAは腫瘍細胞に優先的に取り込まれるため、治療領域内の健康な組織は無傷です3,4。予備的なin vitro研究では、多くのがん細胞がSDT治療によって溶解されることが明らかになりましたが、細胞死率は細胞株に依存します。予備的なin vivo研究でも同様の結果が得られ、SDTがアポトーシスの引き金となることが確認されています5。
このプロトコルはbenchtop FUSの研究プラットホームを使用してintracranially埋め込まれたGBMのセルが付いている齧歯類モデルのSDTの処置のための有効な技術そして変数を記述することを向ける。研究者は、このプロトコルを使用して、トランスレーショナルFUS研究のためのSDTを実行および最適化できます。

<table><tbody><tr><td>0.5% トリプシン-EDTA</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>15400054</td><td></td></tr><tr><td>1 mL シリンジ</td><td>BD</td><td>309597</td><td></td></tr><tr><td>10 &micro;Lハミルトンシリンジ</td><td>ハミルトン</td><td>カンパニー49AL65</td><td></td></tr><tr><td>10 &micro;L ピペットチップ</td><td>USAScientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1000 mL フラスコ</td><td>Corning</td><td>MP-34514-25</td><td></td></tr><tr><td>15 mL コニカルチューブ</td><td>Corning</td><td>CLS430791</td><td></td></tr><tr><td>200 プルーフエタノール</td><td>PharmCo</td><td>111000200</td><td></td></tr><tr><td>5 mL ピペット</td><td>ファルコン</td><td>357543</td><td></td></tr><tr><td>50 mL コニカルチューブ</td><td>Corning</td><td>430290</td><td></td></tr><tr><td>500 mL フィルター</td><td>コーニング</td><td>431097</td><td></td></tr><tr><td>5-アミノレブリン酸塩酸塩&nbsp;</td><td>研究製品 国際</td><td>A11250</td><td></td></tr><tr><td>7T PET-MR システム</td><td>Bruker</td><td>Biospec 70/30</td><td></td></tr><tr><td>アルミ箔</td><td>Reynolds ブランド</td><td></td><td></td></tr><tr><td>アンプ</td><td>FUS Instruments</td><td>2175</td><td></td></tr><tr><td>Athymic ヌードマウス</td><td>チャールズリバーラボラトリーズ</td><td>ひずみコード 490</td><td></td></tr><tr><td>ボーンドリル</td><td>Foredom</td><td>HP4-917</td><td></td></tr><tr><td>遠心分離機</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>75004261</td><td></td></tr><tr><td>チャコール イソフッタン廃棄物容器</td><td>パターソンサイエンティフィ</td>ック<td>78909457</td><td></td></tr><tr><td>コンピューター</td><td>FUSインスツルメンツ</td><td>2269</td><td></td></tr><tr><td>カバーガラス</td><td>フィッシャーブランド</td><td>12-545J</td><td></td></tr><tr><td>デスクトップモニター</td><td>ASUS</td><td>VZ239H</td><td></td></tr><tr><td>D-ルシフェリン</td><td>ゴールドバイオテクノロジー</td><td>LUCK-1G</td><td></td></tr><tr><td>DMEM</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>11965092</td><td></td></tr><tr><td>電子シェーバー</td><td>ウォール&nbsp;</td><td>93235-002</td><td></td></tr><tr><td>エッペンドルフチューブ</td><td>ポジクリック</td><td>1149K01</td><td></td></tr><tr><td>ウシ胎児血清</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>16000044</td><td></td></tr><tr><td>ホルマリン</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>SF100-20</td><td></td></tr><tr><td>ファンクションジェネレーター</td><td>シグレント</td><td>QS0201X-E01B</td><td></td></tr><tr><td>ガドリニウム造影剤(ガダビスト)</td><td>マッケソンコーポレーション</td><td>2068062</td><td></td></tr><tr><td>ガーゼ</td><td>ヘンリー・シャイン</td><td>101-4336</td><td></td></tr><tr><td>ヒートランプ</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ヒートパッド</td><td>ケント・サイエンティフィック</td><td>RT-0501</td><td></td></tr><tr><td>血球計算盤</td><td>電子顕微鏡 科学</td><td>63514-12</td><td></td></tr><tr><td>誘導室</td><td>パターソン・サイエンティフィック</td><td>・78933388</td><td></td></tr><tr><td>イソフルオラン気化器</td><td>パターソン・サイエンティフィック</td><td></td><td></td></tr><tr><td>78916954イソフルラン&nbsp;</td><td>Covetrus</td><td>29405</td><td></td></tr>、<tr><td>イソフルランシステム、</td><td>Patterson Scientific</td><td></td>、78935903<td></td></tr><tr><td>、IVISスペクトル</td>、<td>Perkin Elmer</td><td>124262</td><td></td></tr><tr><td>、Lightfield顕微鏡</td>、<td>BioTek</td>、<td>Cytation 5</td><td></td></tr>、<tr><td>Nair</td><td>Church、Dwight Co.</td><td></td><td></td>42010553</tr><tr><td>眼軟膏&nbsp;</td><td>Puralube 獣医軟膏</td><td></td><td></td></tr><tr><td>P-20 ピペット</td><td>レイニン</td><td>17008650</td><td></td></tr><tr><td>患者由来のゼノグラフ</td><td>メイヨークリニック</td><td>M59</td><td></td></tr><tr><td>ペニシリン/ストレプトミオシン</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>10378016</td><td></td></tr><tr><td>リン酸緩衝生理食塩水</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>70-011-069</td><td></td></tr><tr><td>ピペットドラ</td><td>モンド</td><td>4-000-101</td><td></td></tr><tr><td>ポビドンヨード</td><td>コベトラス</td><td>PI050CV</td><td></td></tr><tr><td>RK-50 MRgFUS システム&nbsp;</td><td>FUS Instruments</td><td>2182</td><td></td></tr><tr><td>スケール</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>メス刃</td><td>Covetrus</td><td>7319</td><td></td></tr><tr><td>メスハンドル</td><td>Fine Science Tools</td><td>91003-12</td><td></td></tr><tr><td>ドライバーセット</td><td>Jakemy</td><td>JM-8160</td><td></td></tr><tr><td>スキンマーカー</td><td>タイムアウト</td><td>D538,851</td><td></td></tr><tr><td>ステープルリムーバー</td><td>MikRon</td><td>ACR9MM</td><td></td></tr><tr><td>ホッチキス</td><td>MikRon</td><td>ACA9MM</td><td></td></tr><tr><td>ステープル</td><td>ズ クレイ・アダムス</td><td>427631</td><td></td></tr><tr><td>定位フレーム</td><td>Kopf Instruments</td><td>5000</td><td></td></tr><tr><td>定位MRIプロトタイプ プラスチックイメージングフィクスチャ</td><td>FUS Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>T-25 培養フラスコ</td><td>Corning</td><td>430641U</td><td></td></tr><tr><td>トランスデューサーとマッチングボックス</td><td>FUSインスツルメンツ</td><td>T515H750-118</td><td></td></tr><tr><td>超音波脱気器</td><td>FUS インスツルメンツ</td><td>2259</td><td></td></tr><tr><td>超音波ゲル</td><td>ParkerLabs</td><td>&nbsp;01-08</td><td></td></tr>ウォーター<tr><td>バス</td><td>FUSインスツルメンツ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>キシラジン</td><td>コベトラス</td><td>1XYL006</td><td></td></tr></tbody></table>

ポータブル卓上焦点式超音波システムを使用したマウスモデルにおける多形性神経膠芽腫の治療のためのソノダイナミック療法

Sonodynamic Therapy for the Treatment of Glioblastoma Multiforme in a Mouse Model Using a Portable Benchtop Focused Ultrasound System

ソノダイナミック療法(SDT)は、超音波処理中の感度を高めるために超音波増感剤が腫瘍をプライミングできるようにする集束超音波(FUS)の応用です。残念ながら、膠芽腫(GBM)の現在の臨床治療は不足しており、患者の長期生存率が低いことにつながっています。SDTは、効果的で非侵襲的、かつ腫瘍特異的な方法で膠芽腫を治療するための有望な方法です。ソノセンシティーターは、周囲の脳実質と比較して腫瘍細胞に優先的に侵入します。超音波増感剤の存在下でのFUSの適用は、アポトーシスをもたらす反応性酸化種を生成する。この治療法は前臨床試験で有効であることが以前に示されていますが、確立された標準化されたパラメーターが不足しています。この治療戦略を前臨床および臨床使用に最適化するには、標準化された方法が必要です。この論文では、磁気共鳴ガイド下FUS(MRgFUS)を使用して、前臨床GBMげっ歯類モデルでSDTを実行するためのプロトコルについて詳しく説明します。MRgFUSは、侵襲的な手術(開頭手術など)を必要とせずに脳腫瘍を特異的に標的にすることができるため、このプロトコルの重要な特徴です。ここで使用するベンチトップ型デバイスは、MRI画像上のターゲットをクリックすることで、3次元で特定の位置に焦点を合わせることができるため、ターゲットの選択が簡単になります。このプロトコルは、MRgFUS SDTの標準化された前臨床法を研究者に提供し、トランスレーショナルリサーチのパラメータを変更および最適化するための柔軟性を追加します。

治療後24時間でSDTで治療された動物の腫瘍サイズは減少します。 SDT治療当日、対照群と治療群(それぞれN = 4)の元の平均生物発光信号は、それぞれ2.0 x 10 6 ± 3.1 x 10 6および2.3 x 10 6 ± 1.3 x 10 6 p / s / cm2 / srでした。2群間の治療前の腫瘍の大きさに対応する平均生物発光値は統計学的に有意ではなかった(p = 0.89)。SDT後、治療群の平均生物発光シグナルは3.57 x 10 6 ± 2.3 x 10 624時間であったが、対照群の生物発光シグナルは5.5 x 10 6 ± 8.2 x 10 6 p/s/cm2/srに増加した。図5に示すように、指数関数的な成長(p = 0.08)を仮定すると、これはそれぞれ83.4%±78%、172%±34%の成長率に相当します。治療した4匹の動物のうち、3匹は対照群と比較して治療後の成長率が低かった。治療群には、対照群と同等の成長を示した外れ値が1つあり、偏差が歪んでいました。
さらに、治療の翌日に造影MR画像検査を受け、治療前と治療後を比較した。腫瘍中の造影剤の平均グレースケール強度を各動物の各MRIスライスにわたって実施し、腫瘍サイズの推定値として、治療後に腫瘍に侵入した造影剤の量を測定しました。治療前、対照群と治療群の平均腫瘍グレースケール強度は同程度であった。平均して、このグレースケール強度は、対照群で治療群よりも大きな大きさに増加したが、これは有意ではなかった(p = 0.47)。このデータを 表 2 に示します。これらの結果に大きなばらつきがあるのは、MRIが治療後わずか24時間で撮影されたという事実によるものと考えられます。それでも、 図6 はSDTによって作成された病変の例を示しています。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65114/65114fig01.jpg"> 図1:FUSシステムのセットアップ (トップ)ラベル付きコンポーネントを備えたMRgFUSシステム。(フロント)1. プラットフォーム。2.軸電動トランスデューサーアーム。3. FUSのトランスデューサー。4.ウォーターバス。5.MRIベッド。6.モニター。7.トランスデューサーのインピーダンスマッチングボックス。8.パワーアンプボックス。9.関数ジェネレータ。10.ファンクションジェネレータチャンネル1のBNCポート。11.デスクトップコンピュータ。(下)MRgFUSシステムは、以下の接続部で配線回路図を色分けしています。(戻る)1.電源コード。2.HDMIをデスクトップHDMIに監視します。3. B USB B をデスクトップ USB A にポートします。オシロスコープLANイーサネットからデスクトップイーサネットへ。5.デスクトップイーサネットへのモーションインターフェイスイーサネット。6.オシロスコープのAUX入力/出力BNCからAWG入力BNC。7.オシロスコープチャンネル1(フロント)BNCからSYNCBNC。8.マッチングボックス出力BNCからRF入力同軸。9. RF出力同軸から同軸ボックス同軸。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65114/65114fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65114/65114fig02.jpg"> 図2:ファントム登録 (A) ファントム登録時のシステム設定とソフトウェア。(B)ファントム登録画面のスクリーンショットで、赤丸は軸方向断面の選択円周です。(C)MRIベッドに置かれたファントム、上面図。(D)ファントムの側面図で、赤い線はCの円に対応する軸スライス内にあります。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65114/65114fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65114/65114fig03.jpg"> 図3:動物の配置 。 (A)MRIベッドとクレードル、さまざまな部品にラベルが付けられています。 1.MRIクレードル。2.定位MRIベッド。3.イヤーバー。4.バイトバー。5.ノーズコーン。6. MRIベッドペグホール。7.イソフルラン麻酔チューブ。(B)MRIベッド上のマウスの配置とクレードル上の配置、RFコイル(オレンジ)を表すイラスト(Biorender 2022テンプレートを使用して変更されたイラスト)。(C)FUS治療中のMRIベッド上のマウスの配置を表すイラスト(Biorender 2022テンプレートを使用して修正されたイラスト)。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65114/65114fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65114/65114fig04.jpg"> 図4:焦点の選択。 単一の動物における超音波処理点の選択の例。各列は、各スライスが近位 (スライス 1) から遠位 (スライス 5) 方向に 0.5 mm である T1 強調後造影 MRI スライスを表します。腫瘍境界は手動でセグメント化され、赤(行1)で輪郭が描かれており、対応する超音波処理位置(行2)は薄緑色の正方形(焦点最大中心)および青色の円(最大焦点円周の半分)で表されています。各場所は2分間超音波処理されました。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65114/65114fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65114/65114fig05.jpg"> 図5:SDT後の成長率 測定された発光に基づく、頭蓋内 M59 腫瘍の治療済みおよび未治療 (対照) 動物における SDT 治療前から 24 時間後の GBM 腫瘍の増殖率。エラーバーは標準偏差を示します。有意性を判断するために、2標本の学生のT検定を実施しました。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65114/65114fig05large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65114/65114fig06.jpg"> 図6:SDTで発生した病変。 造影前および造影後は、SDTによって作成された腫瘍の病変を示す代表的な軸スライスを特徴とする動物モデルからのT1強調MRIスキャンを強化します。(写真左)SDT治療前にMRIスキャンを行い、腫瘍の輪郭を赤く表示します。(真ん中)最大圧力が水色の円で表され、半値圧力領域が青い円で表されるFUS焦点選択。(写真右)SDT後のMRIスキャンで、腫瘍の輪郭が赤く描かれています。SDTで作られた病変と移植用のシリンジ穴が示されています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65114/65114fig06large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>順序</td>
			<td>T1の</td>
		</tr><tr><td>繰り返し時間</td>
			<td>3000ミリ秒</td>
		</tr><tr><td>エコー時間</td>
			<td>30ミリ秒</td>
		</tr><tr><td>スライスの厚さ</td>
			<td>0.5ミリメートル</td>
		</tr><tr><td>スライス数</td>
			<td>25</td>
		</tr><tr><td>ピクセル間隔</td>
			<td>0.187 mm x 0.187 mm</td>
		</tr><tr><td>アクイジション・マトリクス</td>
			<td>133×133</td>
		</tr><tr><td>平均</td>
			<td>4</td>
		</tr></tbody></table>表1:MRIの設定。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td>
			<td>コントロール</td>
			<td>SDTグループ</td>
			<td>p値</td>
		</tr><tr><td>前処理</td>
			<td>7.49×103 ± 2.2×103</td>
			<td>7.48×103 ± 1×103</td>
			<td>0.99</td>
		</tr><tr><td>後処理</td>
			<td>8.79×103 ± 7.7×102 </td>
			<td>7.95×103 ± 1.1×103 </td>
			<td>0.33</td>
		</tr><tr><td>パーセント差</td>
			<td>16% ± 16%</td>
			<td>7% ± 12%</td>
			<td>0.47</td>
		</tr></tbody></table>表2:造影後強調T1強調MRIグレースケール。

ここでは、磁気共鳴ガイド下集束超音波を使用して 、in vivo マウス神経膠芽腫モデルで超音波力態療法を実施する方法を詳述するプロトコルについて説明します。

Sonodynamic therapy (SDT) is an application of focused ultrasound (FUS) that enables a sonosensitizing agent to prime tumors for increased sensitivity ...

ソノダイナミック療法は、この急速に成長する侵攻性の脳腫瘍である膠芽腫に対する切開のない腫瘍特異的で低強度の超音波治療です。MRガイダンスは、この集束した超音波エネルギーを特定の脳領域に正確に送達することを可能にし、それによって正常な脳組織と雄弁な領域を温存します。このプロトコルは、研究者に前臨床超音波力態療法のガイドラインを提供し、げっ歯類モデルにおける神経膠芽腫の治療のための文献に裏打ちされたパラメーターを含みます。この技術は、侵襲的な手術を必要とせず、痛みを伴う化学療法を必要とせず、放射線療法を必要とせずに、非電離放射線を使用して脳腫瘍やその他の種類の中枢神経系疾患を治療できる可能性があります。この研究で報告されたプロトコルは、一般的に再現性と信頼性があると見なすことができます MRIおよび焦点を絞った超音波システムの適切な取り扱いには技術的な専門知識が必要ですが、集束超音波、MRガイド下集束超音波、超音波、超音波力動療法、神経科学に関心のある研究者にとって信頼性があります。この手順を実演するのは、私の研究室のリサーチエンジニアであり、新星の科学者であるGriffin Mess氏です。まず、ノーズコーンピースをスロットに配置してMRIベッドを準備します。次に、ノーズコーンとベッドの端にあるバイトバーの穴にバイトバーを通し、バイトガードの端をMRIベッドの開いたウェルの上にホバリングさせます。麻酔をかけた動物をMRIベッドに置き、耳を定位耳棒の穴に合わせ、噛み合わせガードに歯を通して固定します。ノーズコーンを前方にスライドさせて、動物の鼻の上に置きます。MRIベッドの両側にある穴にイヤーバーを通し、両方のイヤーバーがマウスの外耳道に収まるまで動物の頭を上げます。動物が快適な姿勢にあることを確認してください。次に、マイナスドライバーを使用して、MRI互換のネジを取り付けて、両方のイヤーバー、ノーズコーン、バイトバーをロックします。動物が待っている間、体温を維持するためにMRIベッドを温かい温熱パッドの上に置きます。ファントムを対応するMRIベッドの位置に挿入し、MRIベッドをMRIクレードルの対応するスロットに配置します。MRIクレードルをMRIの対応する場所に置きます。ファントムのMRIスキャンを行います。クレードルをマグネットボアから取り外しますが、スキャナーには置いたままにします。ファントムを含むMRIベッドをクレードルから取り外し、ファントムの入ったベッドを底面のペグを正しいスロットにスライドさせてMRGFUSシステムに配置します。転写チップを探触子アームの磁気スロットに差し込み、ファントムに向かって下を向くようにします。ソフトウェアで、ガイド付きフォーカス検索を選択し、ジョグモードオンを選択して、ガイド付きフォーカス検索を開始します。ジョグモードを切り替えた後、左、右、上、下、ページアップ、ページダウンキーを使用して、トランスデューサーアームをそれぞれ左、右、前、後、上、下方向に手動で移動します。ポインタの先端がファントムの上部にある十字パターンの中央に触れるまで、ポインタを 3 次元すべてで手動で調整します。アキシャルファントムスライスは、右側の画面に表示されます。これらのスライスをコンピューターのマウスのスクロールバーでスクロールします。画像をクリックしたまま、コンピューターのマウスを上下に動かして、明るさを調整します。ファントムの中央をクリックすると、赤い円がポップアップ表示されます。円をクリックしてドラッグし、同じ直径になり、ファントムの円周と揃うまでドラッグします。このホームポジション座標を保存するには、LR、AP、SIの設定をクリックします。ジョグモードをオフにクリックします。探触子アームから転写チップを取り外し、フォーカス検出の終了を選択します。ホームポジションを確認して、初期化シーケンスを完了します。定位固定された動物が入ったMRIベッドを取り出し、MRIスキャナーに以前に接続したMRIクレードルに置きます。入口と出口の麻酔チューブをMRI装置の対応するチューブに取り付けます。動物が入ったMRIクレードルをMRIボアにスライドさせ、ファントムが置かれた場所と同じ位置を保ってください。ローカライザーを実行して動物の脳の位置を確認し、MRI設定を使用して脳全体をカバーする造影後T1強調MRIスキャンを実行します。ソフトウェアで、メインの初期化ページに移動し、ガイド付きフォーカス検索をクリックします。次に、ジョグモードをオンにします。次に、遠心分離した超音波ジェルを動物の頭に軽くたたき、ゲルが頭蓋骨の上の頭皮全体を覆うようにします。次に、ウォーターバスの80%を脱イオン水と脱気水で満たし、ウォーターバスをプラットフォーム上の対応するカラムに置きます。底の膜が動物の頭の超音波ゲルに触れ、水とゲルの間に結合面を形成するまで、ウォーターバスを下げます。超音波トランスデューサをウォーターバスに沈め、トランスデューサの表面に気泡が発生していないことを確認します。探触子アームを下げた後、探触子の表面を水没させたまま、磁気スロットを互いに位置合わせします。バーストモードの場合は、超音波処理設定タブに移動し、超音波処理時間を入力します。ページ上部中央のターゲットアイコンをクリックし、FUS焦点領域を狙う正しいMRIスライス上の適切な位置を選択します。焦点をクリックすると座標が強調表示され、画像上の対応する焦点領域が青色に変わります。表の最後の列は、各焦点で超音波処理される電力レベルを示しています。すべての焦点領域に満足したら、モーションテストを選択します。準備ができたら、超音波処理の開始を選択して超音波処理プロトコルを開始し、トランスデューサーを動かし、選択した各焦点領域にFUSパラメータを適用します。治療前からSDT治療後24時間までの腫瘍の増殖速度は、測定された発光に基づいて計算されました。結果は、治療された動物が対照と比較して腫瘍増殖の減少を示したことを示している。さらに、造影MR画像では、腫瘍における造影剤の平均グレースケール強度が、対照群で治療群よりも大きく増加し、治療後に腫瘍に入る造影剤の量が少ないことが示されました。私たちは、膠芽腫脳腫瘍の治療のために報告されたプロトコルを開発しましたが、他の同僚や研究者が独自の特定の研究のために独自のパラメーターをどのように最適化するかを学ぶことを楽しみにしています。幸いなことに、ソノダイナミックス療法は現在、ヒト臨床試験で第1相試験が行われており、患者さんへの期待について学ぶのが待ちきれません。効率を最大化するには、動物モデルで報告されたこの治療法の前臨床最適化が、さまざまな超音波増感剤や併用療法を含むセットと設定を研究するために必要です。.

sonodynamic-therapy-for-treatment-glioblastoma-multiforme-mouse-model

Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

マイクロバブルのInsonationは減少時間平均音響パワーで、同様に治療薬の標的化送達のための腫瘍切除のための有望な戦略である。本研究の目的は、皮下C6神経膠腫への非熱的血管アブレーションとペイロードの配信を最大にするためには、低いデューティサイクルの超音波パルス化戦略とナノキャリアを開発することである。...

コントラストの超音波は、薬剤ベアリングナノ粒子デリバリーと微小血管アブレーションを経由してマウスの神経膠腫の治療を対象と

この記事の目的は、放射線研究のための同所性神経膠芽腫モデルの使用を記述することです。この資料では、注入、セル処理かかわらず移動して、頭蓋モデルを用いてマウスの放射線治療になります。...

同所性マウス脳腫瘍モデルのコンビネーション放射線治療

麻酔をかけた担腫瘍マウスから始めて、頭を剃ります。集束超音波システムと統合されたMRIスキャナーに配置します。最初のMRIスキャンでは、脳腫瘍と近くの血管の位置が特定されます。造影剤を静脈内注射し、ガスで満たされたマイクロバブルにコーティングされた蛍光標識ナノ粒子を投与します。造影剤とマイクロバブルが循環して脳に到達します。集束超音波を腫瘍部位に適用します。超音波によりマイクロバブルが膨張および収縮し、腫瘍近くの血液脳関門 (BBB) のタイト接合部が破壊されます。これにより、血管内に一時的な局所的な開口部ができ、造影剤が侵入し、BBB...

腫瘍治療のためのマウスモデルにおける集束超音波増強ナノ粒子送達

出典: Mess, G., et al.携帯型卓上集束超音波装置を用いたマウスモデルにおける多形性膠芽腫の治療のためのソノダイナミック療法J. Vis. 経験。(2023年)このビデオは、磁気共鳴誘導集束超音波 (MRgFUS) を使用してマウス モデルで脳腫瘍に対してソノダイナミック療法を実行するためのプロトコルを示しています。超音波増感剤前駆体は治療前に投与され、腫瘍細胞に蓄積し、集束超音波によって活性化されて活性酸素種 (ROS)...

ソノダイナミック療法を用いたマウスモデルにおける脳腫瘍の治療

このビデオでは、マイクロバブル媒介集束超音波(FUS)を使用して一時的な開口部を作成することにより、血液脳関門(BBB)を一時的に破壊する方法について説明しています。これらの一過性の局所BBB開口部は、最終的には、より大きなサイズの薬物分子を脳実質に直接送達するために使用できます。...

フォーカス超音波を用いたマイクロバブル媒介血液脳関門開口:超音波処理によりマウスの血液脳関門に局在性一過性開口を作製する技術

マイクロバブル剤を用いた集中超音波は、血液脳関門を局所的かつ一過性に開くことができる。この技術は、血液脳関門を越えて幅広い薬剤を送達するために使用されてきた。この記事では、MRI...

ラットモデルにおける集中超音波を用いた位置特異的血液脳関門開口へのベンチトップアプローチ

血液脳関門(BBB)は、マイクロバブル媒介性集中超音波(FUS)で一時的に破壊することができる。ここでは、非超音波専門家がアクセス可能なモジュラーFUSシステムを使用して、高スループットBBBのインビボでの開口のためのステップバイステッププロトコルについて説明する。...

げっ歯類における血液脳関門開口のためのハイスループット画像誘導定型神経ナビゲーションと集中超音波システム

このプロトコルは、集束超音波血液脳関門(BBB)の開口部、結果として生じる遺伝子発現の評価、および組織学的検査による化学遺伝学的受容体の神経調節活性の測定による遺伝子送達に必要なステップを描写します。...

脳構造を標的とし、化学遺伝学的神経調節を評価するための集束超音波誘発血液脳関門開口部

ここに提示されるのは、横紋筋肉腫マウスモデルにおいて温度感受性リポソームからの薬物放出を引き起こすために、磁気共鳴ガイド下高強度集束超音波によって生成される制御された温熱療法を使用するプロトコルです。...

磁気共鳴ガイド下高強度集束超音波生成温熱療法:マウス横紋筋肉腫モデルにおける実行可能な治療法

3Dフィブリン-アルギン酸相互貫入ネットワークにおける卵胞のカプセル化のための新しい方法が記載されている。このシステムは、成熟した卵母細胞を生成するために未熟な卵胞の発達をサポートするためにタンパク質分解と構造的な支持を兼ね備えています。このメソッドは、拡張を制限することなく、細胞間接触を維持するために培養細胞の集合体に適用してもよい。...

タンパク質分解的に分解性3次元システムにおける卵胞のカプセル化と文化のための方法

学ぶソノダイナミック療法を用いたマウス多形性神経膠芽腫モデルの非侵襲的治療法。MRIガイド下の集束超音波により腫瘍を標的化し、正常組織を保護する革新的な前臨床プロトコルを解説します。

ポータブル卓上焦点式超音波システムを使用したマウスモデルにおける多形性神経膠芽腫の治療のためのソノダイナミック療法

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