Avaliação da hipóxia tumoral: imagens de oxigênio 3D in vivo por ressonância paramagnética eletrônica

Estamos analisando o microambiente tumoral e o papel da hipóxia no desenvolvimento do tumor em resposta à terapia. A hipóxia é crucial não apenas no câncer, mas também em muitas outras patologias, como distúrbios cardíacos ou neurológicos. Nosso objetivo é determinar quantitativamente os níveis de oxigênio em tecidos de animais vivos no contexto de diferentes tratamentos anticancerígenos e vários modelos tumorais pré-clínicos.

Várias técnicas em APR são aplicadas em oximetria, incluindo onda contínua, pulso ou varredura rápida. No entanto, o gerador de imagens de pulso pré-clínico, JIVA-25, permite um mapeamento 3D de oxigênio de corpo inteiro com resolução espacial e de oxigênio precisa e alta. As imagens são consultadas em minutos e podem ser adquiridas ao longo de vários dias, correspondendo a alterações fisiológicas no tecido, PO2, e também possibilitam mudanças no tempo.

Um dos maiores desafios da ressonância magnética eletrônica é a falta de referência anatômica. Em muitos laboratórios, a ressonância magnética ou a tomografia computadorizada são usadas para adquirir características anatômicas importantes. No entanto, a desvantagem é o alto custo e a necessidade de mover o animal.

Para resolver esses problemas, propomos o uso do ultrassom como modalidades fáceis de usar, portáteis e econômicas. Nossos resultados mostram a viabilidade da fusão de imagens ultrassônicas e EPR, o que abre a possibilidade de comparar imagens funcionais e atômicas em diferentes momentos. Por exemplo, os mapas de oxigênio EPR podem ser registrados com anatomia tecidual ultrassonográfica, rede vascular ou perfusão tecidual usando microbolhas como agente de contraste.

Essa tecnologia nos ajuda a descobrir regiões de hipóxia dentro de tumores e projetar a pintura de dose em radioterapia. Também permite avaliar a eficiência de tratamentos anti-hipóxia, como microbolhas de oxigênio. O mapeamento de oxigênio também pode ser usado como um marcador para a eficiência da terapia no estágio inicial do tratamento e classificação apropriada do paciente para o tratamento.

Para começar, prenda o camundongo anestesiado inoculado com tumor no leito do animal. Administre um mililitro de solução salina fisiológica por via subcutânea ao camundongo para manter a hidratação. Use um sensor de travesseiro respiratório e um termômetro de superfície usando argila dental de polissiloxano vinílico para monitorar a frequência cardíaca e a temperatura do animal.

Insira o tubo de politetrafluoretileno por via intraperitoneal para administração da sonda de rotação e prenda a cânula usando argila dentária de polissiloxano vinílico para evitar que ela se desloque da cavidade abdominal. Em seguida, insira um cateter de urina para coletar a sonda de rotação excretada. Para imagens anatômicas de ultrassom, gire o mouse dentro da cama do animal e proteja sua posição usando argila dentária de vinil polissiloxano.

Transfira o animal para uma mesa controlada por 3D antes da medição da ressonância paramagnética eletrônica. Confirme se o animal está seguro e não está em contato com a plataforma de aquecimento. Fixe a posição do suporte da cama em três dimensões para evitar a rotação, especialmente no plano XZ ou sagital, o que é essencial para um registro preciso.

Em seguida, usando um fio de pesca de 0,35 milímetro na fita, coloque um marcador de posição no suporte da cama para marcar o início do ressonador. Realize imagens em modo B manualmente com um passo de um milímetro nas direções axial e sagital em direção ao eixo Y. Visualize a estrutura do tumor usando parâmetros específicos para a frequência do transdutor.

Após a ultrassonografia anatômica, transfira o camundongo imobilizado no leito do animal imediatamente para a ressonância paramagnética eletrônica ou o gerador de imagens EPR. Mantenha cuidadosamente a posição do leito do animal para minimizar as rotações dentro do ressonador. Reconecte a sonda de temperatura para garantir o monitoramento contínuo da temperatura do animal, alinhando-a com a temperatura interna do ressonador.

No software do espectrômetro EPR, ajuste o ressonador com a roda de sintonia para centralizar a frequência em torno de 725 megahertz. Para otimizar a potência do micro-ondas, ajuste a atenuação de 20 a três decibéis até atingir um pico de 60 nanossegundos. Ajuste o instrumento para centralizar o decaimento de indução livre de fiduciais colocados dentro do leito do animal dentro do campo magnético e fase-o de acordo.

Em seguida, administre 100 microlitros de OXO 71 por via intraperitoneal através da cânula previamente inserida, seguido de lavagem com 50 a 100 microlitros de solução salina. Use uma sequência Q programada para adquirir medições com parâmetros específicos, incluindo tempos de relaxamento T1 e T2, eco de spin de elétrons 3D para imagens fiduciais e eco de spin de elétrons de recuperação de inversão 4D para imagens do animal. Após a imagem, realize a análise dos dados e visualize a máscara tumoral dentro do mapa de pressão parcial de oxigênio do camundongo e exporte os valores para cada voxel.

O corte transversal do ultrassom mostrou o tumor LN 229 crescendo no coxim adiposo intraescapular com vasculatura dentro e fora do limite do tumor. As imagens do modo B da ultrassonografia tumoral forneceram uma referência anatômica, mostrando a superfície do tumor e os marcadores de alinhamento com EPR-OI. Imagens transversais do mapa 3D de pressão parcial de oxigênio exibiram notável heterogeneidade do nível de oxigênio, com mais áreas hipóxicas dentro do tumor e um marcador fiducial altamente hipóxico na parte inferior da imagem.

As imagens de tumores em tamanhos variados demonstraram que tumores maiores continham mais voxels, enquanto o menor tumor mostrou um mapa de pressão parcial de oxigênio abaixo do ideal devido à concentração insuficiente da sonda de spin.