Ruimtelijke Metingen van perfusie, interstitiële vloeistof druk en liposomen accumulatie in solide tumoren

Het algemene doel van dit experiment is om de intratumorale accumulatie van nanotherapeutica te relateren aan de eigenschappen van de tumoromgeving, inclusief de tumorcirculatie en de verhoogde interstitiële vloeistofdruk, of IFP. Deze methode stelt ons in staat om belangrijke vragen over nanogeneesmiddelen te beantwoorden. Vragen zoals: wat drijft de heterogene opname van nanodeeltjes binnen een tumor?

Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het co-gelokaliseerde ruimtelijke mapping mogelijk maakt van de eigenschappen van de tumormicro-omgeving en de intratumorale distributie van nanodeeltjes. Nadat het juiste niveau van anesthesie via topenge is bevestigd, brengt u zalf aan op de ogen van de muis en plakt u de ledematen van het dier in buikligging vast op een dun plastic bord. Plaats vervolgens een op maat gemaakte 27-gauge katheter, verbonden met een stuk PE10-buis van 20 centimeter, in de laterale staartvene en bevestig de buis met enkele stukjes tape.

Vul nu een spuit van 1 ml met ten minste 200 µL computed tomography- of CT-liposomen en een spuit van 1 ml met ten minste 150 µL van een mengsel van vrij iohexol met saline in een volumeverhouding van 9:1. Plaats de spuit met CT-liposomen in een spuitpomp en bevestig de katheter aan de spuit, waarbij de pompsnelheid wordt ingesteld op 600 µL per minuut, wat gelijkstaat aan 10 µL per seconde. Plaats vervolgens de muis op de tafel van de micro-CT-scanner en gebruik het laserpositioneringssysteem om de tumor zo af te stellen dat deze bij elke scan ongeveer dezelfde oriëntatie heeft.

Gebruik voor elk gewenst beeldvormingsprotocol de software van de CT-scannerconsole, selecteer 'bright dark' uit het vervolgkeuzemenu en klik op de scanknop om de kalibratie te starten en het systeem te initialiseren. Om een volumetrische anatomische micro-CT van de tumor te verkrijgen voordat er een contrastmiddel wordt geïnjecteerd, controleert u eerst de indicator van de CT-scannerconsolesoftware om te bevestigen dat de veiligheidsvergrendelingen van de CT-scanner zijn opgeheven. Selecteer vervolgens de scan die gebruikmaakt van een röntgenenergie van 80 kilovolts, een buinstroom van 70 milliamps en waarbij 1.000 beeldprojecties worden vastgelegd.

Start vervolgens de scan. Wanneer de scan is voltooid, stelt u de pomp in om ongeveer 150 µL van de liposoomoplossing te injecteren en drukt u op de startknop om de bolus CT-liposomen te injecteren bij een concentratie van 55 mg jodium per mL oplossing. Spoel de katheter handmatig door met 50 µL zoutoplossing om er zeker van te zijn dat de volledige hoeveelheid liposoommiddel is geïnjecteerd en dat de katheter is schoongemaakt.

Voer na 10 minuten een tweede anatomische scan van de tumor uit, zoals zojuist gedemonstreerd. Om een DCE-CT uit te voeren, plaatst u een spuit met vrije iohexol-oplossing in de spuitpomp en stelt u de pomp in om 100 microliters iohexol met dezelfde injectiesnelheid te injecteren. Deze injectievolumes zijn hoger dan de standaard van 200 microliters, maar de dieren worden tijdens het herstel gemonitord en er zijn geen bijwerkingen waargenomen.

Select vervolgens op de console van de CT-scanner een dynamische scan van vijf minuten met een röntgenenergie van 80 kilovolt en een builstroom van 90 milliampère, zoals zojuist gedemonstreerd, waarbij 416 beeldprojecties elke seconde worden vastgelegd gedurende de eerste 30 seconden, gevolgd door 416 beeldprojecties elke 10 seconden. Leg vijf seconden aan DCE-CT-gegevens vast en start vervolgens de injectiepomp. Voer aan het einde van de scan een derde volumetrische anatomische micro-CT-scan uit.

48-70 uur later worden anatomische CT-beelden van de liposomen vastgelegd met behulp van dezelfde volumetrische instellingen als zojuist gedemonstreerd. Om de IFP te meten, wordt het dier op het CT-IFP-robotplatform vastgeplakt zodat de tumor geïmmobiliseerd is en toegankelijk is voor het CT-IFP-robotsysteem. Voer een anatomische micro-CT-scan uit zoals zojuist gedemonstreerd.

Laad vervolgens de gegevens van vóór de naaldinsertie in de uitlijningssoftware van de CT IFP-robot en pas het venster en het niveau aan om de tumor te visualiseren. Klik op de rand van de tumor in een willekeurige afbeelding, gevolgd door de selectie van een tweede randlocatie aan de aangrenzende zijde van de tumor. De software berekent een reeks posities langs een rechte lijn tussen de twee punten.

Select vervolgens uit de lijst de X-, Y- en Z-coördinaten voor een reeks van vijf tot acht gelijkmatig verdeelde posities. Spoel daarna de naald van het IFP-systeem met een saline heparine-oplossing en voer de eerste vooraf bepaalde naaldposities in de X-, Y- en Z-coördinatenvakken van de besturingssoftware van de CT IFP-robot in. Druk op de go-knop om de robot naar de gewenste locatie te verplaatsen.

Klik vervolgens voor elke naaldpositie op beurt op de knop voor het inbrengen van de naald om de naald in het weefsel te plaatsen. Knijp in de PE20-slang en laat deze weer los om te bevestigen dat er een goede vloeistofverbinding is tussen de IFP-naald en het weefsel, en observeer dat de IFP-meting toeneemt en terugkeert naar de waarde van vóór het knijpen in de IFP-acquisitiesoftware. Voer tot slot een anatomische CT-scan uit terwijl de naald is ingebracht, en klik aan het einde van de scan op de knop voor het terugtrekken van de naald om de naald uit het weefsel te verwijderen.

Door een regio van interesse binnen de tumor te selecteren, wordt een tijd/intensiteitskromme verkregen die kan worden gebruikt om kwantitatieve schattingen te maken van geselecteerde hemodynamische parameters in de tumor. Door het tumorvolume te segmenteren in meerdere gelijkwaardige regio's van interesse, kan de ruimtelijke verdeling van deze parameters binnen het tumorvolume worden gekwantificeerd. De biodistributie van de CT-liposomen 48 uur na injectie kan eveneens worden waargenomen.

Zoals aangegeven circuleert het agens nog steeds in het vaatstelsel, waarbij een aanzienlijke opname in de milt en de lever wordt waargenomen. De intratumorale accumulatie van deze CT-liposomen is heterogeen, met een overwegend perifere accumulatie vergeleken met het centrum van het tumorweefsel. De naald kan duidelijk worden geïdentificeerd met micro-CT met hoge resolutie, waardoor de ruimtelijke lokalisatie van de IFP-metingen binnen het tumorvolume mogelijk wordt.

Spatieel gecolokaliseerde meting van de profusie en de plasmavolumefractie vertoont een significante correlatie met de intratumorale accumulatie van CT-liposomen in subcutane tumoren. Bovendien correleert de radiale distributie van de IFP met de andere hemodynamische metingen, wat wijst op een complexe ruimtelijke/temporele relatie tussen de tumoromloop, de IFP en de intratumorale accumulatie van de liposomen. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om het dier op de scannerbed te fixeren, zodat tumorbeweging tussen de IFP-metingen wordt geminimaliseerd.

De implicaties van dit werk strekken zich uit tot de ontwikkeling van nieuwe therapieën. Het transport van nanodeeltjes is een cruciale eerste stap bij het ontwikkelen van effectieve therapeutica op basis van nanomedicijnen. Na het bekijken van deze video zou u een goed beeld moeten hebben van hoe u de interstitiële vloeistofdruk in tumoren, de tumorcirculatie en de distributie van nanodeeltjes ruimtelijk in kaart kunt brengen.