휴대용 Benchtop Focused Ultrasound System을 사용한 마우스 모델의 다형 교모세포종 치료를 위한 Sonodynamic Therapy

초음파 역학 치료는 빠르게 성장하고 공격적인 뇌종양인 교모세포종에 대한 절개가 필요 없는 종양 특이적 저강도 초음파 치료법입니다. MR 유도를 통해 이 집중된 초음파 에너지를 특정 뇌 영역에 정밀하게 전달할 수 있으므로 정상적인 뇌 조직과 웅변 영역을 절약할 수 있습니다. 이 프로토콜은 연구자에게 전임상 초음파 역학 치료에 대한 지침을 제공하며 설치류 모델에서 교모세포종 치료에 대한 문헌 기반 매개변수를 포함합니다.

이 기술은 침습적 수술, 고통스러운 화학 요법 또는 방사선 요법 없이 비이온화 방사선을 사용하여 뇌종양 및 기타 유형의 중추 신경계 질환을 치료할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이 연구에서 보고된 프로토콜은 일반적으로 집속 초음파, MR 유도 집속 초음파, 초음파 역학 치료 및 신경 과학에 관심이 있는 연구자에게 반복 가능하고 신뢰할 수 있는 것으로 간주될 수 있으며, MRI 및 집속 초음파 시스템의 적절한 취급을 위해서는 기술 전문 지식이 필요합니다. 이 절차를 시연하는 것은 연구 엔지니어이자 내 실험실의 떠오르는 스타 과학자인 Griffin Mess입니다.

시작하려면 노즈콘 피스를 슬롯에 넣어 MRI 침대를 준비합니다. 그런 다음 물린 가드 끝이 MRI 침대의 열린 우물 위에 떠 있도록 노즈 콘과 침대 끝에 있는 바이트 바 구멍을 통해 바이트 바를 밀어 넣습니다. 마취된 동물을 MRI 침대에 놓고 귀가 정위 귀 바 구멍과 일직선이 되도록 하고 물린 보호대를 통해 이빨을 잠궈 제자리에 고정합니다.

노즈콘을 앞으로 밀어 동물의 위에 놓이도록 합니다. MRI 베드의 양쪽에 있는 구멍을 통해 이어 바를 밀어 넣고 양쪽 이어 바가 마우스의 외이도에 맞을 때까지 동물의 머리를 들어 올립니다. 동물이 편안한 자세를 취하고 있는지 확인하십시오.

그런 다음 일자 드라이버를 사용하여 MRI 호환 나사를 부착하여 양쪽 이어 바, 노즈 콘 및 바이트 바를 잠급니다. 동물이 기다리는 동안 MRI 침대를 따뜻한 열 패드 위에 올려 체온을 유지합니다. 팬텀을 해당 MRI 베드 위치에 삽입한 다음 MRI 베드를 해당 슬롯의 MRI 크래들에 놓습니다.

MRI 크래들을 MRI의 해당 위치에 놓습니다. 팬텀의 MRI 스캔을 찍습니다. 자석 구멍에서 크래들을 제거하되 스캐너에 올려 놓으십시오.

크래들에서 팬텀이 포함된 MRI 베드를 제거한 다음 하단의 페그를 올바른 슬롯에 밀어 넣어 팬텀이 있는 베드를 MRGFUS 시스템에 놓습니다. 등록 팁을 변환기 암의 마그네틱 슬롯에 끼워 팬텀을 향해 아래쪽을 가리키도록 합니다. 소프트웨어에서 유도 초점 찾기를 선택한 다음 조그 모드 켜기를 선택하여 안내 집중 찾기를 시작합니다.

조그 모드를 전환한 후 왼쪽, 오른쪽, 위, 아래, 페이지 위 및 페이지 아래 키를 사용하여 각각 왼쪽, 오른쪽, 앞, 뒤, 위 및 아래 방향으로 변환기 암 주위를 수동으로 이동합니다. 포인터의 끝이 팬텀 상단에 있는 십자 패턴의 중간에 닿을 때까지 3차원 모두에서 포인터를 수동으로 조정합니다. 그러면 축 팬텀 슬라이스가 오른쪽 화면을 채웁니다.

컴퓨터 마우스의 스크롤 막대를 통해 이러한 슬라이스를 스크롤합니다. 이미지를 클릭한 상태에서 컴퓨터 마우스를 위 또는 아래로 움직여 밝기를 조정합니다. 팬텀 중앙을 클릭하면 빨간색 원이 나타납니다.

지름이 같고 팬텀의 둘레와 정렬될 때까지 원을 클릭하고 드래그합니다. LR, AP 및 SI 설정을 클릭하여 이 홈 위치 좌표를 저장합니다. 조그 모드 끄기를 클릭합니다. 변환기 암에서 정합 팁을 제거한 다음 출구 초점 찾기를 선택합니다.

홈 위치를 확인하여 초기화 시퀀스를 완료합니다. 정위적으로 고정된 동물이 들어 있는 MRI 침대를 가져다가 이전에 MRI 스캐너에 연결된 MRI 크래들에 놓습니다. 입구 및 출구 마취 튜브를 MRI 기계의 해당 튜브에 부착합니다.

동물이 들어 있는 MRI 크래들을 MRI 구멍에 밀어 넣고 팬텀이 놓인 위치와 동일한 위치를 유지하도록 합니다. 로컬라이저를 수행하여 동물 뇌의 위치를 확인한 다음 MRI 설정을 사용하여 전체 뇌를 포괄하는 조영제 후 T1 가중 MRI 스캔을 수행합니다. 소프트웨어에서 기본 초기화 페이지로 이동하여 유도된 초점 찾기를 클릭합니다.

그런 다음 조그 모드를 클릭합니다. 그런 다음 원심 분리 된 초음파 젤을 동물의 머리에 약간 올려 젤이 두개골 위의 두피 전체를 덮도록합니다. 그런 다음 수조의 80%를 탈이온수 및 탈기된 물로 채우고 수조를 플랫폼의 해당 기둥에 놓습니다.

바닥 막이 동물의 머리에 있는 초음파 젤에 닿을 때까지 수조를 낮추어 물과 젤 사이의 결합 표면을 형성합니다. 초음파 변환기를 수조에 담그고 변환기 표면에 기포가 형성되지 않도록 합니다. 변환기 암을 내린 후 변환기 표면이 잠긴 상태에서 자기 슬롯을 서로 맞춥니다.

버스트 모드의 경우 초음파 처리 설정 탭으로 이동하여 초음파 처리 시간을 입력합니다. 페이지 상단 중앙에 있는 대상 아이콘을 클릭하고 FUS 초점 영역을 조준할 올바른 MRI 슬라이스의 적절한 위치를 선택합니다. 초점을 클릭하면 좌표가 강조 표시되고 이미지의 해당 초점 영역이 파란색으로 바뀝니다.

표의 마지막 열은 각 초점에서 초음파 처리해야 할 전력 수준을 보여줍니다. 모든 초점 영역이 만족스러우면 모션 테스트를 선택합니다. 준비가되면 초음파 처리 시작을 선택하여 초음파 처리 프로토콜을 시작하고 변환기를 이동하고 선택한 각 초점 영역에 FUS 매개 변수를 적용합니다.

전처리부터 SDT 치료 후 24시간까지의 종양 성장률은 측정된 발광을 기준으로 계산되었습니다. 그 결과, 처리한 동물은 대조군에 비해 종양 성장이 감소한 것으로 나타났다. 또한, 조영제 강화 MR 영상은 종양에서 조영제의 평균 그레이스케일 강도가 대조군에서 치료군보다 더 큰 크기로 증가했음을 보여주었으며, 이는 치료 후 종양에 더 적은 양의 조영제가 유입되었음을 나타냅니다.

교모세포종 뇌종양 치료를 위해 보고된 프로토콜을 개발하는 동안 다른 동료와 연구자가 자신의 특정 연구를 위해 자신의 매개변수를 최적화하는 방법을 배우기를 기대합니다. 좋은 소식은 초음파 역학 요법이 현재 인간 임상 시험에서 1상 테스트를 진행 중이며 환자에 대한 약속에 대해 빨리 알고 싶다는 것입니다. 최대한의 효율성을 위해, 동물 모델에서 보고된 이 치료법의 전임상 최적화는 다양한 초음파 감작제와 병용 요법을 포함하여 세트 및 설정을 연구하는 데 필요합니다.