Name: Konwekcja sterowana obrazem w modelach mózgu z żelu agarozowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-14T13:45:00.000+00:00
Duration: 9 min 14 s
Description: Poznaj metodę konwekcji wzmocnionej w modelach mózgu z żelu agarozowego do celów szkoleniowych. Technika ta umożliwia bezpośrednie wprowadzanie leków przez barierę krew-mózg z monitorowaniem MRI.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy chcieliby podziękować personelowi z ośrodków MRI w Klinice Semmes-Murphey, Memphis, Tennessee, a także oddziałowi neurochirurgii w Centrum Nauk o Zdrowiu Uniwersytetu Tennessee w Memphis, Tennessee.

1. Przygotowanie fantomów żelowych i barwników
<ol>
	<li>Przygotuj 0,2% żel agarozowy, rozpuszczając 2 g 0,1% proszku agarozy w 1,000 ml wody dejonizowanej. Mieszaj roztwór przez około 1 minutę, aby zapewnić prawidłowe wymieszanie; i natychmiast podgrzewaj roztwór w kuchence mikrofalowej w odstępach 3-minutowych przez 9 minut lub do momentu, aż będzie klarowny, mieszając między przerwami.</li>
	<li>Gdy żel agarozowy jest płynny, wlej roztwór do pojemników o wymiarach 5 cm x 5 cm x 5 cm. Pozostaw miejsce w górnej części pojemnika, aby dodać wodę i pozwól żelowi agarozowemu ostygnąć i osiąść.</li>
	<li>Gdy żel agarozowy zastygnie (około 1-2 godziny), dodaj 1 cm wody na wierzch żelu i wstaw do lodówki. Żel najlepiej zużyć w ciągu 24-48 godzin od wymieszania, ale można go przechowywać do tygodnia w lodówce10.</li>
	<li>Przygotować radiokontrastowy barwnik w strzykawce o pojemności 60 ml składającej się z 50 ml 0,017% niebieskiego barwnika bromofenolowego (BPB) i 2 mM radioaktywnego środka kontrastowego gadoteridolu.
	<ol>
		<li>Połącz 8,5 mg barwnika BPB z 50 ml wody dejonizowanej, aby uzyskać 0,017% roztwór BPB.</li>
		<li>Dodać 0,2 ml bulionu 0,5 M gadoteridolu do 50 ml 0,017% roztworu BPB, aby uzyskać 2 mM roztwór gadoteridolu.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie systemu infuzyjnego
<ol>
	<li>System infuzyjny z pompą strzykawkową (preferowana metoda): W celu przygotowania pompy strzykawkowej należy podłączyć cewnik infuzyjny bezpośrednio do strzykawki za pomocą czujnika ciśnienia, zmniejszając martwą objętość linii infuzyjnej. Funkcja przedmuchiwania pompy strzykawkowej może być wykorzystana do oczyszczenia przewodu powietrza za pomocą bolusa większego niż objętość zasysająca cewnika z szybkością 10 μl/min.</li>
	<li>System infuzyjny z pompą rurkową (metoda alternatywna): Podłączyć strzykawkę zawierającą barwnik z kontrastem radiowym do pompy infuzyjnej. Podłącz czujnik ciśnienia do wylotu pompy za pomocą przetwornika podłączonego do monitora dożylnego. Podłączyć cewnik infuzyjny 16 G do otwartego końca czujnika ciśnienia. Uwaga: Końcówka cewnika infuzyjnego 16 G ma średnicę wewnętrzną 0,2 mm i zewnętrzną 0,35 mm. Końcówka wykonana jest ze stopionej krzemionki, a długość końcówki wynosi 3 mm. Zwiększa się do około 0,75 mm i kontynuuje przez 15 mm, a następnie cewnik zwiększa się w sposób zwężający do 1,6 mm lub 16 G.</li>
	<li>Przygotować się do infuzji, przepłukując system przez około 15 minut z prędkością 16,667 μl/min w celu usunięcia pęcherzyków powietrza. Nie przekraczaj natężenia przepływu 16.667 μl/min, ponieważ urządzenie przestanie infuzji z powodu wysokiego ciśnienia w przewodzie. Po podłączeniu cewnika infuzyjnego do przewodu wychodzącego z pompy infuzyjnej, należy oczyścić przewody z powietrza za pomocą funkcji "Bolus" na pompie infuzyjnej.</li>
	<li>Przymocować mocowanie cewnika infuzyjnego i ramkę trajektorii do pojemnika fantomowego z żelem (5 cm x 5 cm x 5 cm) i umieścić w rezonansie magnetycznym.</li>
</ol>
3. Infuzja żelu CED i skanowanie MR
<ol>
	<li>Wyzeruj wartość ciśnienia (mmHg) zarejestrowaną przez monitor dożylny przed rozpoczęciem infuzji.</li>
	<li>Wprowadzić cewnik infuzyjny do żelu agarozowego przy pompie infuzyjnej pracującej z najmniejszym możliwym natężeniem przepływu, w tym przypadku 1,667 μl/min.</li>
	<li>Rozpocznij badanie MR, stosując parametry wymienione w Tabeli 1, i kontynuuj podawanie z szybkością 1,667 μl/min. Wypełniaj żel ze stałą szybkością, aż całkowita objętość wlewu osiągnie 60 μl (około 38 min).</li>
	<li>Skanuj żel w sposób ciągły w odstępach 3 minut i 50 sekund. Zapisuj odczyty ciśnienia co 60 sekund. Gdy objętość podanej infuzji osiągnie 60 μl, wyłącz pompę infuzyjną; i zakończ skanowanie MR, kontynuując rejestrowanie odczytów ciśnienia.</li>
</ol>
4. Analiza danych MR
<ol>
	<li>Do analizy obrazów MR należy użyć odpowiedniej przeglądarki DICOM z funkcją segmentacji ROI.</li>
	<li>Wybierz właściwą ramkę w każdym skanie oznaczoną przekrojem poprzecznym cewnika, jak pokazano na rysunku 1.</li>
	<li>Za pomocą narzędzia "ROI - prostokąt" wybierz największą porcję żelu, która nie obejmuje żadnej części miejsca infuzji. Oprogramowanie wyświetli średnią gęstość pikseli z odchyleniem standardowym. Znajdź wartość odpowiadającą trzem odchyleniom standardowym od średniej. Ta wartość jest używana jako próg do określenia, kiedy występuje kontrast z ufnością 99,7%.</li>
	<li>Za pomocą narzędzia "ROI - okrąg" okrąż miejsce infuzji wystarczająco dużym okręgiem i nadaj mu unikalną nazwę.</li>
	<li>Wybierz okrąg i za pomocą narzędzia "ROI - ustaw wartości pikseli na", wprowadź wartość progową znajdującą się w kroku 4.3 w polu "jeśli bieżąca wartość jest większa niż:" i zaznacz tylko tę linię. Następnie w polu "do tej nowej wartości:" wprowadź dużą wartość (25 000). Zresetuj gęstość pikseli, aby wybrać obszar objęty wcześniej zdefiniowanym progiem.</li>
	<li>Następnie, korzystając z narzędzia "ROI - region wzrostu (segmentacja 2D/3D)", wybierz region uprawy 2D, algorytm ufności z początkowym parametrem promienia = 2 i szczotkuj ROI. Kliknij wewnątrz miejsca infuzji, aby oprogramowanie obliczyło całkowitą powierzchnię tego obszaru.</li>
	<li>Zakładając sferyczną chmurę infuzyjną, oblicz objętość dyfuzji z obszaru za pomocą następującego równania: V= 4/3π(√(Obszar/π))3</li>
</ol>

<ol><li>Miranpuri, G. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gene-based+therapy+of+Parkinson%27s+Disease%3A+Translation+from+animal+model+to+human+clinical+trial+employing+convection+enhanced+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Neurosciences%22%5BJournal%5D)">Gene-based therapy of Parkinson's Disease: Translation from animal model to human clinical trial employing convection enhanced delivery.</a> Annals of Neurosciences. 19, 133-146 (2012).</li>
<li>Sillay, K., Hinchman, A., Akture, E., Salamat, S., Miranpuri, G., Williams, J., Berndt, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convection+Enhanced+Delivery+to+the+Brain%3A+Preparing+for+Gene+Therapy+and+Protein+Delivery+to+the+Brain+for+Functional+and+Restorative+Neurosurgery+by+Understanding+Low-Flow+Neurocatheter+Infusions+Using+the+Alaris%C2%AE+System+Infusion+Pump%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Neurosciences%22%5BJournal%5D)">Convection Enhanced Delivery to the Brain: Preparing for Gene Therapy and Protein Delivery to the Brain for Functional and Restorative Neurosurgery by Understanding Low-Flow Neurocatheter Infusions Using the Alaris® System Infusion Pump.</a> Annals of Neurosciences. 20, (2013).</li>
<li>Song, D. K., Lonser, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convection-enhanced+delivery+for+the+treatment+of+pediatric+neurologic+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+child+neurology%22%5BJournal%5D)">Convection-enhanced delivery for the treatment of pediatric neurologic disorders.</a> Journal of child neurology. 23, 1231-1237 (2008).</li>
<li>Bobo, R. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convection-enhanced+delivery+of+macromolecules+in+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Convection-enhanced delivery of macromolecules in the brain.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 91, 2076-2080 (1994).</li>
<li>Debinski, W., Tatter, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convection-enhanced+delivery+for+the+treatment+of+brain+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Expert+review+of+neurotherapeutics%22%5BJournal%5D)">Convection-enhanced delivery for the treatment of brain tumors.</a> Expert review of neurotherapeutics. 9, 1519-1527 (2009).</li>
<li>Morrison, P. F., Laske, D. W., Bobo, H., Oldfield, E. H., Dedrick, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-flow+microinfusion%3A+tissue+penetration+and+pharmacodynamics%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+journal+of+physiology%22%5BJournal%5D)">High-flow microinfusion: tissue penetration and pharmacodynamics.</a> The American journal of physiology. 266, 292-305 (1994).</li>
<li>Nguyen, T. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convective+distribution+of+macromolecules+in+the+primate+brain+demonstrated+using+computerized+tomography+and+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Convective distribution of macromolecules in the primate brain demonstrated using computerized tomography and magnetic resonance imaging.</a> Journal of neurosurgery. 98, 584-590 (2003).</li>
<li>Lonser, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Successful+and+safe+perfusion+of+the+primate+brainstem%3A+in+vivo+magnetic+resonance+imaging+of+macromolecular+distribution+during+infusion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Successful and safe perfusion of the primate brainstem: in vivo magnetic resonance imaging of macromolecular distribution during infusion.</a> Journal of neurosurgery. 97, 905-913 (2002).</li>
<li>Raghavan, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convection-enhanced+delivery+of+therapeutics+for+brain+disease%2C+and+its+optimization%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurg+Focus%22%5BJournal%5D)">Convection-enhanced delivery of therapeutics for brain disease, and its optimization.</a> Neurosurg Focus. 20, (2006).</li>
<li>Sillay, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Benchmarking+the+ERG+valve+tip+and+MRI+Interventions+Smart+Flow+neurocatheter+convection-enhanced+delivery+system%27s+performance+in+a+gel+model+of+the+brain%3A+employing+infusion+protocols+proposed+for+gene+therapy+for+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neural+engineering%22%5BJournal%5D)">Benchmarking the ERG valve tip and MRI Interventions Smart Flow neurocatheter convection-enhanced delivery system's performance in a gel model of the brain: employing infusion protocols proposed for gene therapy for Parkinson's disease.</a> Journal of neural engineering. 9, (2012).</li>
<li>Schomberg, D., Wang, A., Marshall, H., Sillay, K., Miranpuri, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ramped-Rate+vs.+continuous+rate+infusions%3A+An+in+vitro+comparison+of+Convection+Enhanced+Delivery+protocols%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Neurosciences%22%5BJournal%5D)">Ramped-Rate vs. continuous rate infusions: An in vitro comparison of Convection Enhanced Delivery protocols.</a> Annals of Neurosciences. 20, (2013).</li>
<li>Sillay, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perioperative+Brain+Shift+and+Deep+Brain+Stimulating+Electrode+Deformation+Analysis%3A+Implications+for+rigid+and+non-rigid+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Perioperative Brain Shift and Deep Brain Stimulating Electrode Deformation Analysis: Implications for rigid and non-rigid devices.</a> Ann Biomed Eng. 41, 293-304 (2013).</li>
<li>Brodsky, E., Block, W., Alexander, A., Emborg, M., Ross, C., Sillay, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intraoperative+Device+Targeting+using+Real-Time+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Sciences+and+Engineering+Conference%2C+BSEC%22%5BJournal%5D)">Intraoperative Device Targeting using Real-Time MRI.</a> Biomedical Sciences and Engineering Conference, BSEC. , (2011).</li>
<li>Sillay, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strategies+for+the+delivery+of+multiple+collinear+infusion+clouds+in+convection-enhanced+delivery+in+the+treatment+of+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Stereotactic+and+functional+neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Strategies for the delivery of multiple collinear infusion clouds in convection-enhanced delivery in the treatment of Parkinson's disease.</a> Stereotactic and functional neurosurgery. 91, 153-161 (2013).</li>
<li>Brady, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pathways+of+infusate+loss+during+convection-enhanced+delivery+into+the+putamen+nucleus%5BTitle%5D)+AND+%22Stereotactic+and+functional+neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Pathways of infusate loss during convection-enhanced delivery into the putamen nucleus.</a> Stereotactic and functional neurosurgery. 91, 69-78 (2013).</li>
<li>White, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+evaluation+of+the+relationships+between+catheter+design+and+tissue+mechanics+in+achieving+high-flow+convection-enhanced+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">An evaluation of the relationships between catheter design and tissue mechanics in achieving high-flow convection-enhanced delivery.</a> J Neurosci Methods. 199, 87-97 (2011).</li>
<li>Fiandaca, M. S., Forsayeth, J. R., Dickinson, P. J., Bankiewicz, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image-guided+convection-enhanced+delivery+platform+in+the+treatment+of+neurological+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Neurotherapeutics+%3A+the+journal+of+the+American+Society+for+Experimental+NeuroTherapeutics%22%5BJournal%5D)">Image-guided convection-enhanced delivery platform in the treatment of neurological diseases.</a> Neurotherapeutics : the journal of the American Society for Experimental NeuroTherapeutics. 5, 123-127 (2008).</li>
<li>Jagannathan, J., Walbridge, S., Butman, J. A., Oldfield, E. H., Lonser, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+ependymal+and+pial+surfaces+on+convection-enhanced+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Effect of ependymal and pial surfaces on convection-enhanced delivery.</a> Journal of neurosurgery. 109, 547-552 (2008).</li>
<li>Chen, Z. J., Broaddus, W. C., Viswanathan, R. R., Raghavan, R., Gillies, G. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intraparenchymal+drug+delivery+via+positive-pressure+infusion%3A+experimental+and+modeling+studies+of+poroelasticity+in+brain+phantom+gels%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+transactions+on+bio-medical+engineering%22%5BJournal%5D)">Intraparenchymal drug delivery via positive-pressure infusion: experimental and modeling studies of poroelasticity in brain phantom gels.</a> IEEE transactions on bio-medical engineering. 49, 85-96 (2002).</li>
<li>Chen, Z. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+realistic+brain+tissue+phantom+for+intraparenchymal+infusion+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neurosurgery%22%5BJournal%5D)">A realistic brain tissue phantom for intraparenchymal infusion studies.</a> Journal of neurosurgery. 101, 314-322 (2004).</li>
<li>Richardson, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interventional+MRI-guided+Putaminal+Delivery+of+AAV2-GDNF+for+a+Planned+Clinical+Trial+in+Parkinson%27s+Disease%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Ther%22%5BJournal%5D)">Interventional MRI-guided Putaminal Delivery of AAV2-GDNF for a Planned Clinical Trial in Parkinson's Disease.</a> Mol Ther. 19, 1048-1057 (2011).</li>
<li>Thorne, R. G., Hrabetova, S., Nicholson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+of+epidermal+growth+factor+in+rat+brain+extracellular+space+measured+by+integrative+optical+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Diffusion of epidermal growth factor in rat brain extracellular space measured by integrative optical imaging.</a> Journal of neurophysiology. 92, 3471-3481 (2004).</li>
<li>Panse, S. J., Fillmore, H. L., Chen, Z. J., Gillies, G. T., Broaddus, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+coaxial+tube+catheter+for+central+nervous+system+infusions%3A+performance+characteristics+in+brain+phantom+gel%5BTitle%5D)+AND+%22J+Med+Eng+Technol%22%5BJournal%5D)">A novel coaxial tube catheter for central nervous system infusions: performance characteristics in brain phantom gel.</a> J Med Eng Technol. 35, 408-414 (2010).</li>
<li>Linninger, A. A., Somayaji, M. R., Zhang, L., Smitha Hariharan, M., Penn, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rigorous+mathematical+modeling+techniques+for+optimal+delivery+of+macromolecules+to+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+transactions+on+bio-medical+engineering%22%5BJournal%5D)">Rigorous mathematical modeling techniques for optimal delivery of macromolecules to the brain.</a> IEEE transactions on bio-medical engineering. 55, 2303-2313 (2008).</li>
<li>Sampson, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+utility+of+a+patient-specific+algorithm+for+simulating+intracerebral+drug+infusions%5BTitle%5D)+AND+%22Neuro-oncology%22%5BJournal%5D)">Clinical utility of a patient-specific algorithm for simulating intracerebral drug infusions.</a> Neuro-oncology. 9, 343-353 (2007).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Kluczowymi krokami zapewniającymi powodzenie infuzji są: oczyszczenie przewodu infuzyjnego z powietrza, wymieszanie żelu agarozowego, analiza danych MR, użycie małych średnic cewnika wewnętrznego, zastosowanie cewnika schodkowego w celu zminimalizowania przepływu wstecznego oraz zminimalizowanie ciśnienia odczuwanego przez żel lub tkankę, do której podawany jest lek. Jak wspomniano wcześniej, główną szkodą dla powodzenia naparu jest powietrze w przewodzie infuzyjnym. Prawidłowe i dokładne oczyszczenie przewodu infuzyjneg...

Wspomaganie konwekcji (CED) zostało zaproponowane jako opcja leczenia szerokiego spektrum zaburzeń neurologicznych, w tym złośliwych guzów mózgu, epilepsji, zaburzeń metabolicznych, chorób neurodegeneracyjnych (takich jak choroba Parkinsona)1, udaru mózgu i urazów2. CED wykorzystuje przepływ objętościowy pod dodatnim ciśnieniem do dystrybucji leku lub innego infuzjatu. CED zapewnia bezpieczne, niezawodne i jednorodne dostarczanie związków o masie cząsteczkowej, od niskiej do wysokiej, w klinicznie istotnych ilościach3. Tradycyjne dostarczanie leków do tkanki mózgowej jest poważnie ograniczone przez barierę krew-mózg4. Utworzona przez ścisłe połączenia między komórkami śródbłonka, które tworzą naczynia włosowate w mózgu, bariera krew-mózg blokuje polarne i cząsteczki o dużej masie cząsteczkowej przed wejściem do miąższu mózgu. Bezpośrednia infuzja śródmiąższowa mózgu za pośrednictwem CED może przezwyciężyć ograniczenia poprzednich metod terapeutycznych dostarczania leków i umożliwia stosowanie środków terapeutycznych, które nie przekraczają bariery krew-mózg, a zatem były wcześniej niedostępne jako realne opcje leczenia5.
Badacze z amerykańskiego National Institutes of Health (NIH) opisali CED na początku lat 90. jako sposób na osiągnięcie większych stężeń leków terapeutycznych niż przez samą dyfuzję6-8. Pierwsze metody CED polegały na wszczepieniu jednego lub więcej cewników do mózgu, podłączeniu pompy infuzyjnej do cewnika i pompowaniu środków terapeutycznych bezpośrednio do docelowego obszaru. Stwierdzono, że zwiększona frakcja dystrybucyjna i stosunkowo stabilne stężenie występują, ponieważ nadciśnienie wytwarzane przez pompę infuzyjną powoduje rozszerzenie tkanek i umożliwia przenikanie leku9.
Podstawowa technika CED pozostaje w dużej mierze taka sama, jak została opisana. Postępy w projektowaniu cewników10, technice infuzji11, monitorowaniu ciśnienia w linii 2 i monitorowaniu MRI w czasie rzeczywistym w celu skorygowania przesunięcia mózgu 12,13, optymalizacji wielokrotnych infuzji współliniowych14 i monitorowania utraty wlewu15 zwiększyły bezpieczeństwo i skuteczność leczenia10. Dodatkowe znaczenie położono na konstrukcję cewnika i strategię infuzji, w tym szybkość przepływu. Skuteczna CED, z ograniczonym refluksem cewnikowym i uszkodzeniem tkanek, jest skorelowana z konstrukcją cewnika i szybkością infuzji. Użycie cewnika o wąskiej średnicy i niskiej szybkości infuzji w celu ograniczenia przepływu wstecznego wzdłuż granicy mózg-cewnik, a także ograniczenia uszkodzeń na końcówce cewnika16. Obrazowanie MR zapewnia wizualne potwierdzenie prawidłowego miejsca założenia cewnika infuzyjnego, a tym samym podania leku, a także pozwala na korekcję refluksu infuzyjnego lub nieprawidłowego podania17. Obrazy MR mogą być również wykorzystywane do przybliżania i śledzenia objętości dystrybucji (Vd) podawanego leku. Vd oblicza się przy użyciu wartości natężenia sygnału obrazowania MR większej niż trzy odchylenia standardowe powyżej średniej z otaczającego żelu bez infuzji jako progu segmentacji18. Vd jest użytecznym pomiarem dla CED, ponieważ reprezentuje objętość leku rozprowadzanego w mózgu. Wraz z objętością podanego leku (Vi) można wygenerować stosunek (Vd/Vi) określający ilościowo objętość objętą podawanym lekiem.
Fantomy żelu agarozowego naśladują kilka kluczowych właściwości mechanicznych ludzkiego mózgu, ważnych dla zrozumienia CED, takich jak: Vd, interakcje żel-cewnik, właściwości poroelastyczne i morfologia chmur infuzyjnych10. Wykazano, że mieszaniny 0,2% żelu agarozowego naśladują in vivo zmiany w lokalnej frakcji porów spowodowane rozszerzeniem żelu z powodu CED. Podobna frakcja porów do ludzkiego mózgu sprzyja podobnym interakcjom i dokładnym pomiarom Vd19. Ponadto podobne stężenia żeli agarozowych, takie jak 0,6% i 0,8%, wykazały podobne profile ciśnienia infuzji w mózgu20. Co więcej, półprzezroczyste żele agarozowe zapewniają przewagę w postaci wizualizacji w czasie rzeczywistym umieszczania cewnika i refluksu infuzyjnego. Fantomy żelu agarozowego są stosunkowo niedrogie w produkcji. Koszt fantomów z żelu agarozowego może być kluczem do przyszłego powszechnego szkolenia w zakresie chirurgii neurologicznej. Ze względu na te właściwości żele agarozowe stanowią użyteczny substytut, replikując wiele kluczowych atrybutów naparów z ludzkiego mózgu bez użycia tkanki mózgowej.
Jak stwierdzono powyżej, obrazowe CED w modelach żelu agarozowego dostarcza korzystnej metody in vitro do testowania, badań i szkolenia. Celem tego artykułu jest opisanie jak odtworzyć fantomy żelu agarozowego, nakreślenie odpowiednich protokołów testowania i analizy CED oraz zajęcie się typowymi błędami napotykanymi podczas infuzji CED w leczeniu chorób neurologicznych.

<table><tbody><tr><td>Radiowe środki kontrastowe</td> <td>Prohance</td><td>Bracco</td><td></td> Gadoteridol</tr><tr><td>Niebieski barwnik bromofenolowy</td><td>Biorad</td><td>161-0404</td><td>Barwnik do wizualizacji infuzjatu</td></tr><tr><td>Żel agarozowy w proszku</td><td>Biorad</td><td>161-3101EDU</td><td>Proszek agarozowy do tworzenia żeli</td></tr><tr><td>Monitor parametrów życiowych Medrad</td><td></td><td></td> Veris MR <td>bezpieczny ciśnieniomierz infuzyjny</td></tr><tr><td>16 G Cewnik SmartFlow</td><td>Cewnik infuzyjny</td> <td>SurgiVision</td><td></td></tr><tr><td>System infuzyjny Medrad Continuum MR</td><td>Bezpieczna pompa infuzyjna</td><td>Medrad</td><td></td> MR</tr><tr><td>SMART Frame MRI Ramka sterowana trajektorią</td><td>Ramka cewnika infuzyjnego</td><td>ClearPoint</td><td></td> Oprogramowanie</tr> do <tr><td>obrazowania Osirix i przeglądarka DICOM</td><td>Oprogramowanie</td><td></td> do obrazowania <td>Osirix 32-bitowa przeglądarka DICOM</td></tr></tbody></table>

konwekcja sterowana obrazem w modelach mózgu z żelu agarozowego

Image-guided Convection-enhanced Delivery into Agarose Gel Models of the Brain

Wspomaganie konwekcji (CED) zostało zaproponowane jako opcja leczenia szerokiego zakresu chorób neurologicznych. Cewnik neuroinfuzyjny CED pozwala na przepływ objętościowy pod dodatnim ciśnieniem w celu dostarczenia większych ilości leków do celu wewnątrzczaszkowego niż tradycyjne metody dostarczania leków. Kliniczna użyteczność CED pod kontrolą rezonansu magnetycznego w czasie rzeczywistym (rCED) polega na możliwości dokładnego ukierunkowania, monitorowania terapii i identyfikacji powikłań. Dzięki treningowi rCED jest skuteczny, a powikłania mogą być zminimalizowane. Model mózgu z żelu agarozowego stanowi dostępne narzędzie do testowania, badań i szkolenia CED. Symulowany mózg rCED umożliwia ćwiczenie pozorowanej operacji, zapewniając jednocześnie wizualną informację zwrotną na temat infuzji. Analiza infuzji pozwala na obliczenie frakcji dystrybucyjnej (Vd/Vi), co pozwala na weryfikację podobieństwa modelu w porównaniu do ludzkiej tkanki mózgowej. W tym artykule opisano nasz fantom mózgu z żelem agarozowym i przedstawiono ważne wskaźniki podczas infuzji CED i protokoły analizy, jednocześnie odnosząc się do typowych pułapek, z jakimi spotyka się podczas infuzji CED w leczeniu chorób neurologicznych.

Interpretacja i analiza infuzji CED obejmuje kilka istotnych czynników, takich jak frakcja dystrybucji i refluks infuzatu. Obliczenie frakcji dystrybucji w dużym stopniu zależy od wyznaczenia Vd. Dlatego krytyczna jest dokładna interpretacja obrazów MR. Proponujemy półautomatyczną metodę wiarygodnego powielania opisanych powyżej pomiarów. Metody te obiektywnie określają pole przekroju poprzecznego chmury infuzatu oraz przybliżony promień. Chociaż jest to zmienne, w żelu agarozowym chmura infuzji często miała kształt sfer...

Wspomaganie konwekcji (CED) zostało zaproponowane jako opcja leczenia szerokiego zakresu chorób neurologicznych. Aby przygotować pracowników służby zdrowia do przyjęcia CED, potrzebne są dostępne modele szkoleniowe. Opisujemy zastosowanie żelu agarozowego jako takiego modelu ludzkiego mózgu do testów, badań i treningu.

Konwekcja sterowana obrazem w modelach mózgu z żelu agarozowego

Convection-enhanced delivery (CED) has been proposed as a treatment option for a wide range of neurological diseases. Neuroinfusion catheter CED allows ...

Ogólnym celem tej procedury jest zapewnienie zasobów szkoleniowych w zakresie konwekcyjnego wspomagania dostarczania (CED) do modeli mózgu z żelu AGROS. Jest to realizowane poprzez wstępne, prawidłowe przygotowanie dokładnego modelu mózgu z żelu AGROS. Drugim krokiem jest przygotowanie linii i cewnika do infuzji, aby upewnić się, że w linii nie ma powietrza, które mogłoby zakłócić proces infuzji.Kolejnym krokiem jest rozpoczęcie infuzji, z zachowaniem ostrożności w celu zapobiegania refluksowi i przy ciągłym monitorowaniu szybkości podawania, a następnie wprowadzenie chmury za pomocą MRI. Po zakończeniu infuzji ostatnim etapem jest analiza danych uzyskanych z obrazowania MRI procesu infuzji. Ostatecznie analiza danych MR służy do wykazania objętości dystrybucji oraz osiągniętego stosunku VD do VI podczas infuzji.Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami terapii farmakologicznej jest to, że umożliwia ona bezpośrednią infuzję objętościową środków terapeutycznych, których użyteczność była ograniczona ze względu na ich właściwości farmakokinetyczne oraz barierę krew-mózg. Zastosowania tej techniki obejmują leczenie zaburzeń metabolicznych w obrębie guzów mózgu. W przypadku schorzeń neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona, udar oraz urazy, dotychczasowe metody leczenia opierały się na farmakoterapii lub bezpośrednich zabiegach chirurgicznych.Niniejsza procedura może umożliwić dostarczanie substancji, które do tej pory miały ograniczoną użyteczność w leczeniu chorób. Aby rozpocząć, należy rozpuścić 2 g proszku 0,1%aros w 1000 ml wody dejonizowanej. W celu przygotowania żelu 0,2%AROS, należy mieszać roztwór przez jedną minutę, aby zapewnić właściwe wymieszanie, a następnie natychmiast podgrzewać go w mikrofalówce w odstępach trzyminutowych przez łącznie dziewięć minut lub do momentu uzyskania przejrzystości, mieszając roztwór pomiędzy poszczególnymi cyklami. Następnie roztwór należy przelać do pojemników o objętości 5 cm³, pozostawiając w górnej części naczynia miejsce na dodanie wody, a żel AGROS pozostawić do ochłodzenia i zestalenia na jedną do dwóch godzin.Po zastygnięciu żelu agros, wlej na jego powierzchnię jeden centymetr wody i przechowuj w lodówce przez noc. Żelu należy użyć w ciągu 24 do 48 godzin od przygotowania. Następnie wymieszaj 8,5 milligrams błękitu bromofenolowego (BPB) z 50 milliliters wody dejonizowanej, aby przygotować 0,017% roztwór BPB.Następnie dodaj 0,2 ml roztworu stokowego gatoderolu o stężeniu 0,5 M do 50 ml 0,017% roztworu BPB, aby przygotować 2 mM roztwór barwnika kontrastowego gatoderolu, a następnie przelej 50 ml barwnika kontrastowego do strzykawki o pojemności 60 ml. Podłącz strzykawkę zawierającą barwnik kontrastowy do pompy infuzyjnej. Następnie podłącz czujnik ciśnienia do wylotu pompy, a przetwornik do monitora IV.Następnie do otwartego końca czujnika ciśnienia należy przymocować kaniulę infuzyjną o rozmiarze 16 G. System należy przepłukać przez około 15 minut z prędkością 16,667 µL/min. Aby usunąć pęcherzyki powietrza, nie należy przekraczać przepływu 16,667 µL/min, w przeciwnym razie urządzenie przerwie infuzję z powodu zbyt wysokiego ciśnienia w przewodzie.Następnie przymocuj uchwyt cewnika infuzyjnego i ramę trajektorii do pojemnika z fantomem żelowym, umieść go w MRI i wyzeruj wartość ciśnienia rejestrowaną przez monitor dożylny przed rozpoczęciem infuzji. Następnie wprowadź cewnik infuzyjny do żelu aros, uruchamiając pompę infuzyjną z najniższą możliwą prędkością przepływu, wynoszącą 1,667 microliters per minute. Rozpocznij skanowanie MR przy użyciu parametrów wymienionych tutaj i kontynuuj infuzję z prędkością 1,667 microliters per minute, aż całkowita objętość podanej substancji osiągnie 60 microliters.Skanuj żel w sposób ciągły w następujących po sobie odstępach czasu. Odczyty ciśnienia zapisuj co 60 sekund. Gdy objętość infuzji osiągnie 60 µL, wyłącz pompę infuzyjną i zakończ MR.Scanning.Kontynuując rejestrację odczytów ciśnienia, należy użyć przeglądarki eRx DICOM z funkcją segmentacji obszaru zainteresowania (ROI) do analizy obrazów MR. Następnie należy wybrać odpowiednią klatkę w każdym skanie, oznaczoną przekrojem poprzecznym cewnika. Następnie, korzystając z narzędzia prostokąta ROI, należy zaznaczyć największą część żelu.Nie obejmuje to żadnej części miejsca infuzji. Oprogramowanie wygeneruje średnią gęstość pikseli wraz z odchyleniem standardowym. Następnie należy wyznaczyć wartość oddaloną o trzy odchylenia standardowe od średniej.Wartość ta służy jako próg określenia obecności kontrastu z pewnością na poziomie 99,7%. Następnie, używając narzędzia okręgu ROI, zaznacz miejsce infuzji. Nadaj mu unikalną nazwę i wybierz ten okrąg. Korzystając z narzędzia ustawiania wartości pikseli ROI, wprowadź wartość progową w polu „if current value is larger than” i zaznacz opcję „this line only”.Następnie w polu nowej wartości wpisz dużą liczbę. Zresetuj gęstość pikseli, aby zaznaczyć obszar objęty progiem. Następnie, korzystając z narzędzia ROI Grow region, wybierz 2D growing region, algorytm confidence z promieniem początkowym (initial radius), parametr dwa oraz brush ROI, a następnie kliknij wewnątrz miejsca infuzji, aby oprogramowanie obliczyło całkowitą powierzchnię tego obszaru.Powietrze jest szkodliwe dla procedury i można je zidentyfikować poprzez monitorowanie ciśnienia infuzji. Kluczowy parametr służący do wykrywania powietrza w linii infuzyjnej przedstawiono na tym wykresie. Obecność powietrza w linii infuzyjnej odnotowano w 15 minucie.W 17. minucie nastąpił skok ciśnienia. Obrazy rezonansu magnetycznego pokazują wzrost chmury infuzyjnej oraz uwięzionego pęcherzyka powietrza. Obrazy te przedstawiają żel przed wprowadzeniem cewnika oraz po rozpoczęciu infuzji i wprowadzeniu cewnika.Kolejny film poklatkowy przedstawia odstępy czterominutowe. Podczas wykonywania tej procedury należy zachować szczególną staranność przy przygotowaniu linii, w szczególności unikając pęcherzyków powietrza. Ważne jest również utrzymanie powolnego i stałego tempa infuzji podczas wprowadzania cewnika oraz na początku wlewu, aby zapobiec dostaniu się powietrza do linii i refluksowi z cewnika.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobrą wiedzę na temat wykorzystania dostarczania wspomaganego konwekcją jako nowej metody dostarczania leków do mózgu.

image-guided-convection-enhanced-delivery-into-agarose-gel-models

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Przewodzona obrazami terapia z wykorzystaniem wymuszonego przepływu w modelach żelu agarozowego mózgu

Niniejszy protokół opisuje sposób przygotowania i obrazowania w trzech wymiarach tkanki mózgowej zatopionej w żywicy przy użyciu skupionej wiązki jonów oraz skaningowego mikroskopu elektronowego.

Frezowanie wiązką jonową (FIB) i skaningowa mikroskopia elektronowa tkanki mózgowej

W niniejszej pracy opisujemy szybką i prostą metodę obrazowania fluorescencyjnie znakowanych komórek w półgrubych skrawkach mózgu. Poprzez utrwalenie, pocięcie i optyczne klarowanie tkanki mózgowej opisujemy, w jaki sposób standardowe obrazowanie epifluorescencyjne lub konfokalne może być wykorzystane do wizualizacji poszczególnych komórek i sieci neuronalnych w obrębie nienaruszonej tkanki nerwowej.

Szybka metoda obrazowania fluorescencyjnego o wysokiej rozdzielczości w półgrubych przekrojach mózgu

Tutaj opisujemy skuteczny i wszechstronny protokół do indukcji, monitorowania i analizy nowych glejaków (GBM) za pomocą transpozonu DNA wstrzykiwanego do komór noworodków myszy. Komórki strefy podkomorowej, które pobierają plazmid, przekształcają się, namnażają i generują guzy o histopatologicznej charakterystyce ludzkiego GBM.

Integracja plazmidowego DNA za pośrednictwem transpozonu ze strefą podkomorową noworodków myszy w celu wygenerowania nowych modeli glejaka

Rozwój nowych sond ultradźwiękowych (US) opartych na technologii pojemnościowego mikroobrabianego przetwornika ultradźwiękowego (CMUT) wymaga wczesnej realistycznej oceny możliwości obrazowania. Opisujemy powtarzalny protokół eksperymentalny do pozyskiwania obrazów w USA i porównywania ich z obrazami rezonansu magnetycznego, wykorzystując mózg bydlęcy ex vivo jako cel obrazowania.

Eksperymentalny protokół oceny wydajności nowych sond ultradźwiękowych opartych na technologii CMUT w zastosowaniu do obrazowania mózgu

Ten protokół dostarcza instrukcji do bezpośredniej obserwacji promieniście migrujących neuronów korowych. Elektroporacja in utero, organotypowa hodowla plastrów i poklatkowe obrazowanie konfokalne są łączone w celu bezpośredniego i dynamicznego badania skutków nadekspresji lub regulacji w dół genów będących przedmiotem zainteresowania w migrujących neuronach oraz analizy ich różnicowania podczas rozwoju.

Poklatkowe obrazowanie konfokalne migrujących neuronów w organotypowej kulturze warstwowej embrionalnego mózgu myszy przy użyciu elektroporacji in utero

Mikrodysekcja laserowa (LMD) jest czułą i wysoce powtarzalną techniką, która może być wykorzystana do odkrycia ścieżek pośredniczących w heterogeniczności i inwazji glejaka. W tym miejscu opisujemy zoptymalizowany protokół izolacji dyskretnych obszarów z tkanki glejaka za pomocą laserowego LMD, a następnie analizy transkryptomicznej.

Mikrodysekcja podregionów glejaka do wychwytywania laserowego w celu przestrzennej i molekularnej charakterystyki heterogeniczności wewnątrznowotworowej, onkostrumieni i inwazji

Opisana poniżej metoda ma na celu dostarczenie kompleksowego protokołu do przygotowania neurochirurgii na naczelnych (NHP) przy użyciu nowatorskiego połączenia metod drukowania trójwymiarowego (3D) i ekstrakcji danych MRI.

Zestaw narzędzi oparty na rezonansie magnetycznym do planowania neurochirurgicznego u naczelnych

Ten protokół demonstruje prostą i solidną metodę badania dynamiki wzrostu aksonów in situ i stożka wzrostu. Opisano w nim, w jaki sposób przygotować ex vivo fizjologicznie istotne ostre wycinki mózgu i przedstawiono przyjazny dla użytkownika potok analizy.

In Situ Wizualizacja wzrostu aksonów i dynamiki stożków wzrostu w ostrych kulturach embrionalnych wycinków mózgu ex vivo

Połączenie transdukcji wektora wirusowego i oczyszczania mózgu za pomocą metody CLARITY pozwala na badanie dużej liczby neuronów i astrocytów jednocześnie.

Badanie interakcji przestrzennych między astrocytami a neuronami w oczyszczonych mózgach

Embriony piskląt są używane do badania ludzkich guzów mózgu z glejakiem (GBM) in ovo i w kokulturach ex vivo. Zachowanie komórek GBM można rejestrować za pomocą mikroskopii poklatkowej w kokulturach ex vivo, a oba preparaty można analizować w eksperymentalnym punkcie końcowym za pomocą szczegółowej analizy konfokalnej 3D.

Wykorzystanie mózgu zarodka pisklęcia jako modelu do analiz in vivo i ex vivo zachowania ludzkich komórek glejaka

Opisano innowacyjną metodę budowy rozszerzalnych macierzy mózgu do cięcia koronalnych lub strzałkowych plasterków do stosowania u noworodkowych prośiąt. To przystępne cenowo podejście wykorzystuje akrylowe płytki rzeźbione szablonami z agarozowego żelu do formowania mózgu, stosuje się do wielu gatunków i pozwala na rozszerzanie się w celu rozwoju mózgu.

Wytwarzanie rozszerzalnej matrycy mózgu, którą można dostosować na różne etapy rozwoju

Poznaj metodę konwekcji wzmocnionej w modelach mózgu z żelu agarozowego do celów szkoleniowych. Technika ta umożliwia bezpośrednie wprowadzanie leków przez barierę krew-mózg z monitorowaniem MRI.

Konwekcja sterowana obrazem w modelach mózgu z żelu agarozowego

Przeglądaj więcej filmów