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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
세포종은 가장 일반적이 고 적극적인 주 뇌 암 성인, 대부분 종양 초기 치료 후 재발 이다. 종양 치료 분야 (TTFields) 치료는 세포종에 대 한 최신 치료 양식 적임 이다. 여기, 우리는 적절 한 응용 프로그램 설명 TTFields 변환기 배열의 환자에 이론 및 치료의 측면을 토론.
세포종은 뇌 암, 진단 후 15 개월의 메디아 생존과 현재 표준 치료의 단지 5%의 5 년 생존 율의 가장 일반적이 고 치명적인 형태 이다. 종양은 종종 다음과 같은 초기 수술, 방사선 및 화학 요법, 치료 옵션을 한정 되 9 개월 이내 재발. 이 생존을 연장 하 고 이러한 환자에 대 한 삶의 질을 증가에 더 나은 치료제의 개발에 대 한 긴급 한 필요를 강조 한다.
종양 치료 분야 (TTFields) 치료는 암 치료에 대 한 셀에 전기 분야를 교체 하는 낮은 주파수의 효과 활용 하기 위해 개발 되었다. TTFields는 세포 유사 분열 및 느린 종양 성장 하는 동안 방해를 입증 되었습니다. 또한 그들은 노출된 종양 내 자극 면역 응답을 통해 행동 하는 증거가 성장 하고있다. TTFields 치료의 장점 등의 비 침 투 적인 접근 증가 삶의 질 세포 독성 chemotherapies 같은 다른 치료 modalities에 비해. 식품 및 의약품 안전 청 2011 년에 재발 성 세포종의 치료에 대 한 그리고 2015 년에 새롭게 진단된 세포종에 대 한 TTFields 치료 승인. 우리는 유사 분열, 모델링, 전기 분야 및 적절 한 변환기 배열 배치의 결과 중 TTFields의 효과에 보고 합니다. 우리의 프로토콜 2 세대 장치를 사용 하 여 환자 수술 후에 TTFields의 임상 응용을 설명 합니다.
세포종
세포종은 성인에서 가장 일반적인 기본 악성 뇌 종양. 때문에 일반적으로 및 관련 된 빠른 사전 및 수술 질병 진화 근처-유니버셜 치명적인 결과, 세계 건강 한 cytologically 악성, mitotically 활성 angiogenically 증식과 괴 사를 발생 하기 쉬운 신 생물으로 서의 속성 4 신 생물1학년으로 세포종을 지정 하는 조직. 기본 및 변환 연구 노력에도 불구 하 고 세포종에 대 한 치료 치료가입니다. 세포종으로 진단 환자의 5 년 생존 율 약 5%, 더 효과적인 치료 적 중재2는 긴급 한 필요를 강조에 남아 있다.
종양 치료 분야의 기계 장치: 전기 분야
TTFields는 낮은-강도, 중간 주파수 (100-300 kHz) 교류 전기장 종양 방위 조직을 침투 하 고 절연된 전극에 의해 생산 됩니다 준수 외부 환자의 피부3. TTFields 유사 분열 동안에 높은 쌍 극 자 순간 세포내 분자 전자기 힘을 발휘 하 여 종양 세포의 생물 학적 과정을 방해 하 고 생각 된다. TTFields 노출 유사 분열 동안 비정상적인 염색체 분리, 세포 multinucleation, 및 딸 세포4의 caspase 종속 apoptosis 탈 mitotic 출구에서 결과. 이러한 효과 주파수 및 영향을 받는 셀의 mitotic 접시 관련해 필드의 입사 방향에 파견 했다. 필드에 수직인 mitotic 플레이트로 셀 손상의 가장 큰 심각도 전시. 중간 주파수 범위는 전환 지역에서 낮은 주파수에서 차폐 세포내 전기장의 강도 증가 크게5구성 때문에 독특한. 이 증가 발생 합니다 임계값5세포 막 유 전체 속성에 따라 달라 집니다. Glioma 셀 두 셀 카운트 문화와 clonogenic 분석 실험에 관하여 TTFields의 최적의 주파수는 200khz6.
환자 전용 MRI 측정을 사용 하 여, 전기 분야의 맞춤된 매핑은 볼륨, 전기 전도도, 및 두뇌7,8에서 다른 조직 구조의 상대 유전율을 통합 하 여 개발할 수 있습니다. 또한,는 엔드-투-엔드, 자동 분할 기반 워크플로 intracranial TTFields9의 묘사에 대 한 개인화 된 유한 요소 모델을 생성 하도 활용할 수 있습니다. 환자 뇌 내 전기 분야의 분포를 보여주는 전기 분야 지도 트랜스듀서 어레이 종양 내에서 전계 강도 극대화 하기 위해 최적의 배치 지침에 대 한 유틸리티를 할 수 있습니다.
종양 치료 분야의 메커니즘: 세포 생물학
정확한 기계 장치는 TTFields 드라이브 mitotic 중단 완전히 이해 되지 않는다, 하지만 두 가지 잠재적인 메커니즘으로 전기 분야 영향을 미칠 수 유사 분열 제안 되었습니다. 하나 그들의 기능 섭 동;의 결과로 높은 쌍 극 자 순간 단백질에 전기장의 직접 행동을 포함 두 번째는 이온, dielectrophoresis mislocalization cytokinetic 명씩 ingression3을 방해할 수 있습니다 나누어 세포 내 이온의 발생. 두 개의 단백질 높은 쌍 극 자 순간을 각각 대상, α/β-tubulin 단위체와 Septin 2, 6, 7 heterotrimer, 1740 D10 와 2771 D11, 쌍 극 자 순간으로 제안 되었습니다. 그것은 TTFields 생산 및 총 tubulin, 적절 한 mitotic 스핀 들 어셈블리를 방지 하 고 세포 분열에서 anaphase4에 전환에서 perturbing 사이의 비율 감소 제안 되었습니다. TTFields에 노출 된 세포 분열까지 정상 진행 보여주지만, 다음 anaphase 스핀 들 중간에 cytokinetic 명씩11감소 septin 지역화를 전시. 셀 통제 막 blebbing을 탈 mitotic 출구12를 받 다. 결과 포스트 mitotic 세포 micronuclei, 세포질 긴장의 표시 G0 체포 apoptosis11다음을 포함 하 여 세포질 확산에 전반적인 감소 등 비정상적인 핵 건축 전시. 연구는 calreticulin 및 TTFields 처리 셀, 면역성 세포 죽음13,14의 두 특징에에서 HMGB1의 분 비에는 업 레 귤 레이 션을 보이고 있다. Kirson 외. 종양의 치료는 전이성 잠재력 감소 그리고 TTFields 치료 동물 이내 전이 증가 CD8 + 세포15에 보였다. 함께, 이러한 데이터 지원 직접 효과에 유사 분열, 그리고 가능성이 넘어 확장 하는 행동의 메커니즘 antitumor 선 동적인 응답을 시작 합니다.
TTFields 장치 및 치료 옵션
둘 다 첫 번째와 두 번째 세대 TTFields 장치 세포종의 치료에 대 한 supratentorial 뇌를 교체 전기 분야를 제공합니다. 장치 처음 재발 성 세포종을 가진 환자의 치료에 대 한 2011 년에 FDA에 의해 승인 되었고 2015 년 새로 진단된 세포종16,17환자의 치료에 대 한 승인. 세포종 치료는 신경외과 개입, 방사선 종양학 입력, 및 화학 요법 관리와 복합 방식으로 이루어져야 한다. TTFields 몇 가지 독성으로 추가 항 암 치료 양식 적임, 대표 이후 신경-종양학 모두 새로 진단 하 고 재발 성 세포종18, 현재 치료 식이요법으로이 치료를 통합을 고려해 야 19.
새롭게 진단된 된 설정에서 표준 치료 접근 동시 방사선 및 유지 보수 temozolomide 뒤 temozolomide 이루어져 있다. 2004 년에, 무작위 단계 III 예 심 향상 된 중간 고 2 년 생존 세포종 환자에 대 한 방사선 치료 및 수 반하는 보조 temozolomide20으로 치료. 보조 temozolomide 방사선 치료와의 장점 후속21의 적어도 5 년에 걸쳐 지속 되었다. 그러나, 환자 06-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) 메 틸 화 상태 식별 됩니다 그 temozolomide22의 추가 혜택을 가능성이 높습니다. 세포종 표준 방사선 및 부수적인 temozolomide 화학요법을 받은 환자의 또 다른 무작위 임상 시험, TTFields의 유지 보수 temozolomide 요법에 추가 결과에 비해 향상 된 결과 그 받은 유지 보수 temozolomide 혼자23. 또한, 연구는 환자 MGMT 발기인 메 틸 화 상태;에 관계 없이 TTFields 작업을 보이고 있다 따라서 TTFields는 또한 작동 하는 unmethylated 관리 상태24를 가진 환자에서 임상적 개입을 구성 수 있습니다. 함께 찍은, 이러한 학문 glioblastomas의 치료에 대 한 TTFields의 효과에 광범위 한 영향을 건의 한다. 특히, 방사선, 후 temozolomide와 함께에서 TTFields를 통합 제공 합니다 효과적인 치료 옵션을 세포종 새롭게 진단된 된 환자에 대 한.
반복 설정에서 아무 표준 치료 방법은 존재합니다. 그러나, bevacizumab 및 TTFields 치료는 두 FDA 승인 치료 modalities25,26. EF-11 단계 III 재판의 독성 및 삶의 질 비교 전반적인 생존을 보여주었다 재발 성 세포종 환자에서 적극적인 화학 요법 대 (20-24 h/일 사용)와 TTFields monotherapy 선호 TTFields27. 따라서, 혼자 bevacizumab, TTFields monotherapy, 또는 둘의 조합을 그 재발 성 세포종에 대 한 치료 옵션을 구성합니다.
임상 응용
이전 정돈 게시 인간의 머리25의 플라스틱 모델을 사용 하 여 첫 번째 세대 장치 응용 프로그램을 설명 했다. 여기, 우리 세포종 환자 치료에 2 세대 장치 응용 프로그램을 보여 줍니다. 장치를 사용 하 여 프로토콜 MRI 측정 및 치료 계획 시스템을 사용 하 여 두 피에 변형기 배열 레이아웃 배치 구성으로 시작 합니다. 변형기 배열 레이아웃 지도 방향 및 환자의 머리에 4 배열의 각각의 위치를 구분. 배열은 200 kHz 주파수 TTFields 전기 분야 발전기에서 제공 하는 변환기 수 있도록 두 피에 설계 되었습니다. 환자 치료를 지속적으로 수신 하 고 배열 일반적으로 3 ~ 4 일 마다 교환. 이 문서에서 우리는 mitotic 세포, 뇌 내 전기 분야의 분포 및 세포종 환자 치료를 입증 하는 인간의 머리에 2 세대 장치의 단계별 응용 프로그램 방법에 TTFields의 효과 보여줍니다.
이 프로토콜의 프레 젠 테이 션 베스 이스라엘 여자 집사 의료 센터에서 윤리적 지침 및 서 면된 인증 환자에서 얻은.
1. 2 세대 TTFields 장치에의 응용
참고: 휴대용 전기 분야 발전기, 변환기 배열, 연결 케이블 및 상자, 충전식 배터리, 휴대용 배터리, 충전기 및 전원 공급 장치에 플러그 시스템에 의하여 이루어져 있다.
2. 항 종양 Iimmunity를 방해할 수 있는 조직의 에이전트 제거
TTFields 유사 분열 유사 분열 동안 염색체의 비대칭 분포 및 분열 중 기 격판덮개의 부정합으로 이어지는 동안 중단 발생, ( 그림 1A 및 1B 그림비교). TTFields perturbing 높은 쌍 극 자 모멘트를 가진 α/β-tubulin 또는 septin 같은 단백질의 기능에 의해 그들의 효과 발휘 생각 된다. 하나 그들은 septin 기능을 교란 mitotic 세포에 TTFields 작업에 대 한 모델은 제안 했다. 일반적으로, septin 행위 cytokinetic 밭 고 랑을 구성 하 고 바꾸어 걸 골격 제작 세포내 액체 정역학 힘에 저항 하는 데 필요한 overlying 원형질 막의 구조적으로 중요 한 상호작용을 강화 하 밭 고 랑 ingression 중. 나누어 세포 내에서 염색체 분리 및 탈 mitotic 출구 (그림 1C)로 이어지는 cytokinetic 명씩 기능 장애의 결과로 정상적인 유사 분열에 필요한 구조적 무결성의 손실에 결과.
전기장 강도 환자 TTFields 치료32의 뇌 내에서 균일 하지 않습니다. 전기 전도도 그리고 개별 조직 유형 및 전기장 강도 및 배포 그림 2AB두뇌 내에서 변이에서 그들의 볼륨 결과의 상대 유전율. 따라서, 변형기 배열 배치 종양의 지역에 전기 분야 힘에 영향을 있을 수 있습니다. 이 다양성의 예는 그림 2C, 인접 한 축, 화관, 그리고 화살 조각에서 환자의 뇌 내 전기 분야 힘 예측에 표시 됩니다.
그림 3A 치료는 환자에는 배열의 적절 한 배치에 대 한 소프트웨어를 계획의 맞춤된 출력을 보여줍니다 그림 3B에 표시. 배열에 두 피 감도 및 그림 4에 설명 된 대로 배열 이동 하 여 코르 티 코 스테로이드의 국 소 응용 프로그램에 의해 완화 될 수 있습니다.
위의 프로토콜 왼쪽된 정면 두뇌에 있는 출혈 개발 56-올해-늙은 여자를 대우 하기 위하여 사용 되었다. 그녀는 출혈의 총 총 절제 수술 하 고 병 리 IDH-1 돌연변이 세포종 hypercellularity, 셀룰러 atypia, mitotic 수치와 괴 사를 보여주었다. 그녀는 이후 외부 빔 방사선 치료와 매일 temozolomide 받았다. Dexamethasone는 방사선의 두 번째 주에 일찍 중단 됐다. 그녀는 혈소판 수혈 및 성장 인자 지원 요구 pancytopenia를 temozolomide 치료의 보조 단계 관리 때문을 경험 했다. 머리 MRI 5 개월 진단 후에 증가 가돌리늄 향상 했다 그리고 bevacizumab 시작 되었다. 진단 후 8 개월 TTFields 치료도 추가 되었다. 그녀는 48 + 그녀의 세포종의 진단 후에 달 동안 bevacizumab 및 TTFields의 처방에 유지 되었습니다. 이 환자의 MRI 이미지는 glioblalstoma, 그림5의 초기 진단 후 48 개월에 대 한 안정적인 질병을 밝혔다. 그녀는 80의 높은 Karnofsky 점수와 함께 지금까지 살아 남았습니다.

그림 1: 세포 분열 동안 유사 분열을 방해 하는 TTFields. (A) 단계 대조 현미경 검사 법 HeLa 세포 유사 분열 중에 관찰 하는 데 사용 되었다. DRAQ5은 DNA 얼룩 그리고 염색체 행동을 모니터링 하는 데 사용 되었다. 이미지 추가 보충으로 포함 하는 정상적인 유사 분열을 겪고 셀의 비디오에서 가져온. 비디오 영상을 얻기 위한 절차는 이전 작업11에서 설명 했다. (B) 단계 대조 및 TTFields에서 DRAQ5 표시 셀 blebbing 탈 선 유사 분열. 눈금 막대 = 20 µ m. 이미지 추가 보충으로 포함 하는 TTFields 치료 동안 유사 분열을 겪고 셀의 비디오에서 가져온. 비디오 영상을 얻기 위한 절차는 이전 작업11에서 설명 했다. (C) 제안 TTFields 유도 mitotic 중단에 대 한 모델. TTFields는 septin 협회 cytokinetic 명씩와 바꾸어 걸 골격 교란. 이 부족 한 명씩 수축 만들고 만드는 세포 막 blebbing 결과 기본 골격에서 원형질 막 파열에 취약 합니다. 이것은 탈 선 mitotic 출구 mitotic 미끄럼 (분할 오류) 등 비대칭 세포 분열. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 2: 전기 전도도 및 통과 하는 조직의 상대 유전율에 따라 조직 내에서 현장에서 전기 분야 농도 다. (A) 전기 분야-볼륨 히스토그램 (EVH) 전기 분야 힘의 크기를 보여 줍니다. (B) 구체적인 흡수 속도-볼륨 히스토그램 (SARVH) 다른 조직에서 흡수 에너지의 속도 보여줍니다. (C) 담당자 필드 왼쪽된 정면 세포종 환자의 매핑, 축, 코로나와 화살 조각에 배포판 내의 필드 강도 보여주는. 녹색 화살표는 종양의 위치를 나타냅니다. 상대 전기장 강도 임의적입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 3: 수술, 방사선 및 temozolomide 후 세포종 환자에 임상 응용. (A) 치료 4 배열의 소프트웨어 출력 표시 배치 계획. (B) 환자에 배열 배치. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 4: 치료 하는 동안 배치 변형 배열. (A) 개인 측면 배열 시계 패션에서의 기본 위치에서 2 cm에 의해 집계에서 회전 한다 그리고 정면 및 후부 배열을 배열 배치 위치, (B) 기본 위치에서 2 cm에 의해 앞으로 이동 개별 환자에 대 한 치료 계획 소프트웨어에서 출력에 근거한 다. (C) 개인 전극 배열에 있는 시계 패션에 기본 위치에서 2 cm에 의해 집계에서 회전 한다 그리고 앞쪽 및 후부 배열을 이동 집계에서 2 cm에 의해 거꾸로. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 5: 환자 MRI 검사 TTFields 치료 전후. 진단 (왼쪽된 열)에서 MRI 검사, MRI 검사 후 수술, 방사선, 그리고 temozolomide (중간 열), 및 TTFields 치료 (오른쪽 열) 43 개월 후 MRI 스캔. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
박사 케네스 Swanson와 에릭 왕 노 주에서 무제한 연구 보조금을 받은
세포종은 가장 일반적이 고 적극적인 주 뇌 암 성인, 대부분 종양 초기 치료 후 재발 이다. 종양 치료 분야 (TTFields) 치료는 세포종에 대 한 최신 치료 양식 적임 이다. 여기, 우리는 적절 한 응용 프로그램 설명 TTFields 변환기 배열의 환자에 이론 및 치료의 측면을 토론.
이 연구는 A 이유를 타고 연구 기금 일부 지원 했다. 우리는 그림 1 c에서 3 차원 작품을 만들기 위한 앨리슨 Diep 감사 합니다.
| 베이비 오일 | Johnson & Johnson | 제품 코드 473542 | |
| Bevacizumab | Genetech, Inc. | 해당 사항 | 없음 |
| Elastic Net | Medline Industries | NET012 | |
| 젠틀 샴푸 | Johnson & Johnson | 제품 코드108249 | |
| 이소프로필 알코올 70% | The Betty Mills Company | MON 23222701 | |
| Medical Tape | The Betty Mills Company | MON 38202201 | |
| 멸균 거즈 | The Betty Mills Company | MON 71392000 | |
| Trimethoprim-sulfamethoxazole | Pfizer, Inc. | 해당 사항 | 없음 |
| TTFields Device (Optune) | Novocure, Ltd. | 해당 사항 없음 | 이 시스템은 휴대용 전기장 발생기, 변환기 어레이, 연결 케이블 및 상자, 충전식 배터리, 휴대용 배터리용 충전기 및 플러그인 전원 공급 장치로 구성됩니다. |