RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
В прошлом мелких животных облучения был обычно выполняется без способности целевой тома четко разграничить опухоли. Цель заключалась в том, чтобы имитировать лечение глиобластомы человека в крыс. С помощью небольших животных облучения платформы, мы провели МРТ руководствуясь 3D конформное облучения с на основе ПЭТ суб объем повышение в доклинических условиях.
На протяжении десятилетий мелких животных излучения исследование проводилось главным образом с использованием довольно сырой экспериментальных установок, применяя простые методы однолучевой без возможности целевого тома конкретных или четко разграничить опухоли. Доставки излучения была достигнута с помощью стационарных радиационных источников или линейные ускорители производства мегавольтных (MV) рентген. Эти устройства способны достичь суб миллиметровой точностью необходимых для мелких животных. Кроме того высокие дозы доставлены здоровыми окружающие ткани препятствуют ответ оценки. Для увеличения перевод между небольших исследований на животных и людей, нашей целью было имитировать лечения глиобластома человека в мышиной модели. Чтобы включить более точные облучение в условиях доклинические, недавно, точность изображения руководствуясь мелких животных излучения исследовательских платформ были разработаны. Подобно человеческой системы планирования, планирования на эти микро Облучатели лечения основан на компьютерная томография (КТ). Однако низкий контраст мягких тканей на КТ делает его очень сложным для локализации целей в некоторых тканях, таких как мозг. Таким образом включение магнитно-резонансная томография (МРТ), который имеет отличные мягких контрастом по сравнению с КТ, позволило бы более точного разграничения мишенью для облучения. В последние десятилетия также биологические методы обработки изображений, например позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) получил интерес для радиационной терапии лечение руководства. PET позволяет визуализацию например, потребление глюкозы, транспорт аминокислот или гипоксии, присутствующих в опухоли. Ориентация высокой пролиферативной или радио устойчивостью части опухоли с более высокие дозы может дать преимущество выживания. Эта гипотеза привело к введению биологических опухоли тома (BTV), помимо обычных брутто тома (GTV), клинической целевой тома (CTV) и запланированных целевой тома (ПТВ).
В доклинических изображений лаборатории Университета Гента микро облучатель, мелких животных PET и 7 T зверька МРТ доступны. Целью было включить МРТ руководствуясь облучения и ПЭТ руководствуясь суб объем повышение в мышиной модели глиобластомы.
Полноценное глиомы является наиболее распространенным и наиболее агрессивных злокачественной опухоли головного мозга у взрослых с медиана выживаемости 1 год несмотря на текущих методов лечения. Стандарт медицинской помощи включает в себя максимальную хирургическая резекция, следуют комбинированных внешний пучка излучения терапии (RT) и Темозоламид (ТМЗ), следуют обслуживания TMZ1,2,3. С момента введения TMZ сейчас более чем 15 лет назад никаких существенных улучшений были сделаны в лечении этих опухолей. Таким образом осуществление новых терапевтических стратегий срочной, но сначала должны быть исследованы в небольших животных рака терапии модели (основном мышей и крыс). Опухоль подшипник грызунов модели могут использоваться для изучения эффективности новых и сложных излучения протоколов, возможно, в сочетании с другими агентами (новый) лечение, оценить ответ излучения или расследовать радио защитных агентов. Основным преимуществом исследований доклинических излучения является способность работать в контролируемых экспериментальных условиях, используя большой когорты, что приводит к ускоренному данных урожайности благодаря короче продолжительности грызунов. Доклинические результаты затем должны быть переведены на клинических испытаний в гораздо быстрее и более эффективным способом, чем в текущей практике4.
Обычно малые животные излучения экспериментов в течение последних десятилетий были достигнуты с помощью стационарных радиационных источников5,6,7, например, 137Cs и 60Co, изотопы, или линейные Ускорители предназначен для человека клинического использования, применение единого излучения поле с рентген МВ6,8,9,10,11. Однако эти устройства не достигают суб миллиметровой точностью, которая требуется для мелких животных12. Кроме того MV рентгеновские лучи имеют характеристики неподобающе для облучения мелких целей, такие, как наращивание дозы на интерфейсе воздуха ткани в регионе вход луча с такой степени порядке животное размер самого4,6 ,8,9,10,11. Последний делает его довольно сложно доставить опухоль единой дозы при щадящие, окружающий нормальный мозг ткани4,8,9,10,11. Таким образом неясно, в какой степени текущие исследования животных по-прежнему актуальны для современных RT практика12. В этой связи недавно разработанных трехмерные (3D) конформное мелких животных микро Облучатели являются многообещающими для преодоления технологического разрыва между передовых 3D изображения руководствуясь RT методы, такие как модуляции интенсивности лучевой терапии (IMRT) или конформное дуги используются в организме человека и текущих мелких животных облучения4,13. Эти платформы сделать использование kilovoltage (кв) рентгеновского источника для получения острых penumbras и избежать накопления дозы. Эти платформы включают в себя управляемые компьютером этап для животных, позиционирование, кв источник рентгеновского излучения для визуализации и лучевая терапия, ротации гантри Ассамблею позволить доставки излучения от различных углов и систему коллиматорный для формирования пучка излучения 4. в 2011 году, был установлен микро облучатель в доклинических изображений лаборатории Университета Гента (рис. 1). Эта система похожа на практике современного человека радиотерапии и включает широкий спектр доклинических экспериментов, например взаимодействия излучения с другими терапии, сложной радиационной схемы и руководствоваться изображения суб целевой импульс исследования.
Планирование на эти микро Облучатели лечение основано на КТ, что эквивалентно человека планирования систем14,15. Для КТ, встроенный детектор рентгеновского излучения используется в сочетании с же кв Рентгеновская трубка, которая используется во время лечения. КТ изображения используется как она позволяет для точного позиционирования животных и предоставляет необходимую информацию для вычисления дозы индивидуального облучения через сегментации. Однако из-за низкой контрастности мягких тканей в КТ изображений, опухоли в головном мозге мелких животных, таких как полноценного глиомы, нельзя разделенное легко. Включение изображений мульти-модальности поэтому необходим для делимитации точной целевой тома. По сравнению с КТ, МРТ обеспечивает значительно улучшенный контраст мягких тканей. Это делает его гораздо легче визуализировать границы поражения, что приведет к гораздо лучше разграничения тома, помогая лучше облучить поражения и избежать окружающие ткани, как показано в , Рисунок 24 16. Дополнительным преимуществом является, что МРТ использует неионизирующего излучения, в отличие от CT, который использует ионизирующего излучения. Основные недостатки МРТ являются относительно длительного приобретение раз и высокие эксплуатационные расходы. Важно отметить, что МРТ не может использоваться для расчетов дозы, поскольку они не обеспечивают необходимые электрона плотность информации, хотя достигнут прогресс в этой области, тоже с недавним развитием MR-LINACS. Таким образом набор комбинированных CT/МРТ является методом выбора для планирования облучения Злокачественная Глиома, содержащий информацию, необходимую для ориентации (МРТ основе томов) и дозы вычислений (CT-основе электронной плотности).
Чтобы уменьшить разрыв между мелких животных облучения и повседневной клинической практике, МРТ явно необходимо быть интегрированы в рабочий поток микро облучатель, требует правильной регистрации между МРТ и КТ, которые далеко не тривиальная. В этом документе, наш протокол для МРТ руководствуясь 3D конформное облучения F98 обсуждается глиобластома крыс, который был недавно опубликован17.
Хотя включение КТ и МРТ в рабочем процессе микро облучатель ясно шаг вперед в небольших животных облучения исследований, эти анатомические методы визуализации не всегда позволяют полное определение целевого тома. Патологические изменения в мозге на КТ и МРТ характеризуются повышенной содержание воды (отек) и утечки blood - brain барьер или повышение контрастности. Однако повышение контрастности и гипер интенсивный областям на Т2 взвешенных МРТ являются не всегда точное измерение степени опухоли.Опухолевые клетки были обнаружены далеко за пределы поля контрастности12. Кроме того ни один из этих методов можно определить наиболее агрессивных частей в пределах опухоли, которые могут быть ответственны за терапевтических сопротивления и рецидива опухоли. Таким образом дополнительную информацию от молекулярные методы визуализации, как PET могут иметь дополнительную ценность для RT целевой определение объема, потому что эти методы позволяют визуализировать биологические пути в vivo12,18, 19.
В 2000 году Лин et al. концепцию биологических целевого тома (BTV) путем интеграции рабочего процесса радиотерапии, приводит к то, что они называли многомерные конформной лучевой20анатомические и функциональные изображений. Это создает возможность для повышения дозы ориентации, обеспечивая неоднородной дозы для целевого региона, например с помощью PET изображений. Наиболее широко используемый PET трассирующими стадирования опухоли и для мониторинга лечения ответ плавиково-18 (18F) помечены fluorodeoxyglucose (ФДГ), который визуализирует метаболизма глюкозы21. В головы и шеи рак предыдущие исследования показали, что использование 18F-ФДГ-ПЭТ привело к лучше оценить объем фактической опухоли, как определено патологических образцов, по сравнению с КТ и МРТ-22. В мозге первичной опухоли, где FDG полезен не из-за очень сильный фон сигнала от нормального мозга, аминокислоты, такие как 11C-метионина и совсем недавно 18F-fluoroetthyltyrosine (ФЕТ), были расследованы для GTV разграничение с часто заметные различия между аминокислота PET и МРТ основе GTVs23. Однако еще не была выполнена не проспективное исследование, исследование смысл этот вывод. В этом исследовании мы выбрали аминокислота трассирующими 18F-ФЕТ и гипоксии трассирующими 18F-fluoroazomycin арабинозид (18F-фаза). 18 F-ФЕТ и 18F-FAZA были отобраны, поскольку увеличение поглощения аминокислота сильно коррелирует с уровень распространения в ГБ опухоли, тогда как поглощение гипоксии ПЭТ трассирующими соотносится с сопротивление радиотерапии (химиотерапия)18 , 23. суб объем стимулирование с помощью микро облучатель был оптимизирован, давая дозы дополнительного облучения для ПЭТ определенных частью F98 ГБ опухоли у крыс.
Исследования был одобрен Комитетом по этике для экспериментов на животных (ECD 09/23 и ECD 12/28). Все коммерческие детали можно найти в Таблице материалов.
1. F98 ГБ крыса ячеечная модель
2. подтверждение роста опухоли
Примечание: Оценки опухоли роста 8 дней после вакцинации с использованием МРТ T2-взвешенный, динамический контраст расширение МРТ (DCE-МРТ) и повысить контраст МРТ T1-взвешенный. Когда опухоль достигает размера 2,5 x 2,5 x 2,5 мм3, выберите крысы для терапии.
3. мультимодальность изображений для выбора целевой тома
Примечание: Чтобы иметь возможность выполнить МРТ руководствуясь 3D конформное облучения крысы F98 ГБ модель с ПЭТ руководствуясь суб объем повышение, 3 изображений условия необходимо выполнить. Во-первых, придать радиоиндикаторных, а затем выполнить МРТ во время трассирующими поглощения, впоследствии выполнять статический PET приобретение и планирования CT. лечения
4. RT планирование лечения
5. доза объем гистограммы (DVHs)
Примечание: Для сравнения фактических дозы, доставляется опухоли целевого тома и окружающие нормальной ткани мозга, вычислить DVHs.
6. ТМЗ и Шам химиотерапии
Чтобы имитировать человека лечение методологии для облучения глиобластомы в доклинических модели, необходимо включение МРТ руководствуясь радиотерапии. Использование PCTPS и интерфейс микро облучатель, мы смогли облучить F98 глиобластома крыс с несколько конформное не компланарных дуг, таргетинг повысить контраст регион на Т1 взвешенных МРТ17. Грузовик орган преобразований в сочетании с кроватью мульти-модальности использовались для регистрации изображений между планирования КТ и МРТ Изоцентр для облучения был выбран в центре региона повысить контраст опухоли на Т1 взвешенных МРТ (рис. 7).
Доза распределений и совокупное DVHs среднее, минимальное и максимальное дозы целевого тома и тома ткани нормального мозга были рассчитаны для пяти различных животных (Рисунок 12). Основываясь на сходство с протокол клинических облучения и распределение оптимальной дозы, дозу план, с помощью трех не компланарных дуг был выбран. Применение последнего, 90% от целевого объема получил желаемой дозы, при сведении к минимуму дозу до нормального мозга ткани17.
После подтверждения возможности МРТ руководствуясь облучения F98 крыса глиобластома модели, мы пытались включить на основе ПЭТ суб объем повышения в доклинических рабочий процесс для планирования RT. Мы смогли объединить 3 визуализации формы, выполнение сначала МРТ, то животное, и наконец CT во время крыса фиксируется на доме сделал мультимодальность кровати (рис. 1). Для совместного регистрации этих механизмов мы использовали BIQS, позволяя намного больше инструментов для жесткой соответствия (рис. 8). Применение простой преобразования, как MR и PET на основе изоцентр (рис. 9) могут быть переданы PCTPS. На рисунке 13отображаются как МРТ, так и на основе ПЭТ изоцентр для облучения после расчета дозы в PCTPS. Чтобы облучить всего тома для повышения контраста мы выбрали 5 x 5 коллиматора и три дуги вращающейся 120 °. Для стимулирования наиболее метаболически Активные опухоли определены 18F-FET PET или части наиболее гипоксии опухоли определены 18F-FAZA PET, дозы 5 гр был выбран и доставлены с помощью коллиматора диаметром 1 мм. Опять же применяются 3 дуги, вращающихся 120 °.

Рисунок 1: микро облучатель интеграции кв рентгеновской трубки, вращающегося козловые, управляемая компьютером роботизированной стадии, коллиматорный форма пучка и система детектор CT плоских. Животное помещается на 4 мм толщиной ПВХ мультимодальность кровать для предотвращения перемещения между несколькими изображений приобретений, таких как МРТ, следуют планирование CT, который облегчает слияние изображений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2: подтверждение глиобластома. T1-взвешенный МРТ, T2-взвешенный МРТ и DCE-МРТ F98 ГБ крысы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3: кривая DCE. Используя средство анализа последовательности изображений, рентабельность может быть выбран на DCE-МРТ сканирование для печати интенсивности сигнала с течением времени. Впоследствии анализ формы результирующая кривая DCE возможность подтвердить наличие глиобластомы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 4: CT сегментации. Сегментация, основанные на КТ осуществляется вручную определения ряда пороговых значений точно отличить воздуха от легочной ткани, жировой ткани, кости и другие ткани в пределах изображения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 5: МРТ-CT фьюжн. Наложение интенсивности увеличение сигнала черепа на КТ с черным сигнал на МРТ, точное сочетание может быть достигнуто. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 6: конус луч КТ Не опухоль видна на КТ, что делает невозможным для выбора изоцентр в центр опухоли. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 7: повысить контраст МРТ T1-взвешенный. Контраст расширение T1-взвешенный МРТ четко визуализирует опухоль мозга F98 крыса. Качестве изоцентр для планирования RT выбран центр повышение контрастности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 8: МРТ-PET фьюжн. Используя средство Контурная в BIQS, достигается слияние изображений ПЭТ/МРТ.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 9: выбор цели МРТ-PET. Мишенью для облучения выбрана в центре контрастности на Т1 взвешенных МРТ (слева). Цели для стимулирования суб тома выбран в центре увеличение сигнала на 18F-FET PET (справа). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 10: планирование радиотерапии. Чтобы вычислить планирование радиотерапии, выберите изоцентр, предписанные дозы, количество дуг, дуги позицию, диапазон поворота дуги и размер коллиматор. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 11: расчет DVH. Нарисуйте объем интересов (VOI) вокруг опухоли на Т1 взвешенных повышенной контрастности изображения МРТ для вычисления DVH внутри этого тома. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 12: доза плана с помощью повысить контраст МРТ T1-взвешенный и три не компланарных arcsto доставить целевой том 20 гр. Справа приводится совокупный гистограммы объем дозы (DVH) объем опухоли и нормальной ткани мозга, разделенное на контраст расширение T1-взвешенный МРТ. Этот показатель был изменен с Bolcaen и др. 20 пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 13: МРТ и ПЭТ руководствуясь изоцентр для облучения. КТ изображение в представлении аксиальная, фронтальная и сагиттальная плоскости визуализируется с планом дозы, оказания целевой (желтый региона) 20 гр. Изоцентр, который был определен на контраст расширение МРТ является видимым (зеленый) и изоцентр, локализуются на части метаболически Активные опухоли, выявленных на 18F-FET ПЭТ также видимых (красных). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Авторы не имеют никаких конфликтов интересов раскрывать
В прошлом мелких животных облучения был обычно выполняется без способности целевой тома четко разграничить опухоли. Цель заключалась в том, чтобы имитировать лечение глиобластомы человека в крыс. С помощью небольших животных облучения платформы, мы провели МРТ руководствуясь 3D конформное облучения с на основе ПЭТ суб объем повышение в доклинических условиях.
Авторы хотели бы поблагодарить Stichting лука Hemelaere и Международная ассоциация сороптимисток для поддержки этой работы.
| GB RAT model | |||
| F98 Клеточная линия глиобластомы | ATCC | CRL-2397 | |
| Fischer F344/Ico crl Rats | Charles | River N/A http://www.criver.com/products-services/basic-research/find-a-model/fischer-344-rat | |
| Микронасосная система | World Precision Instruments | UMP3 | Micro 4: https://www.wpiinc.com/products/top-products/make-selection-ump3-ultramicropump/#tabs-1 |
| Стереотаксическая рама | Kopf | 902 | Модель 902 Двойная рама для мелких животных Стереотаксическая рама Диамантная |
| дрель | Velleman | VTHD02 | https://www.velleman.eu/products/view/?id=370450 |
| Костяной воск | Aesculap | 1029754 | https://www.aesculapusa.com/products/wound-closure/hemostatic-bone-wax |
| Инсулиновый шприц Microfine | Beckton-Dickinson | 320924 | 1 мл, 29G |
| InfraPhil ИК лампа | Philips | HP3616/01 | |
| Ethilon | Ethicon | 662G/662H | FS-2, 4-0, 3/8, 19 мм |
| Name< | strong>Company | Каталожный номер | Comments |
| Cell culture | |||
| DMEM | Invitrogen | 14040-091 | |
| Пенициллин-стрептомицин | Invitrogen | 15140-148 | |
| L-глутамин | Invitrogen | 25030-032 | |
| Фунгизона | Invitrogen | 15290-018 | |
| Trypsin-EDTA | Invitrogen | 25300-062 | |
| PBS | Invitrogen | 14040-224 | |
| Falcons | Thermo Scientific | 178883 | 175 см2 поверхность нунклона, одноразовые материалы для клеточной культуры с фильтрующими крышками |
| Среда для заморозки клеток | Sigma-aldrich | C6164 | Среда для заморозки клеток DMSO, стерильно-отфильтрованная, подходит для клеточной культуры протестирован эндотоксин |
| Name< | strong>Company | >Номер в каталоге | >Комментарии |
| Облучение животных | |||
| Микрооблучатель | X-strahl | SARRP | |
| программное обеспечение для облучения | X-strahl | Система | доклинического планирования лечения MuriPlan (PCTPS), версия 2.0.5. |
| Название< | strong>Company | Каталожный номер | Комментарии< |
| strong>Small animal PET | |||
| microPET система возможность 1 | Molecubes | B-Cube | http://www.molecubes.com/b-cube/ |
| системы microPET 2 | TriFoil Визуализация, трассеры Northridge CA FLEX | Triumph II | http://www.trifoilimaging.com |
| ПЭТ | Собственное производство | 18F-FDG, 18F-FET, 18F-FAZA, 18F-Choline | |
| Название< | strong>Company | Номер в каталоге | Комментарии |
| МРТ мелких животных | |||
| система микроМРТ | Bruker Biospin | Pharmascan 70/16 | https://www.bruker.com/products/mr/preclinical-mri/pharmascan/overview.html |
| Контрастное вещество Dotarem | Guerbet | MRI контрастное вещество, Dotarem 0,5 ммоль/мл | |
| передатчик всего тела крысы катушка для всего тела | Rapid Biomedical | V-HLS-070 | |
| катушка для поверхности мозга крысы | Rapid Biomedical | P-H02LE-070 | |
| Нагревательный прибор на водной основе | Bruker Biospin | MT0125 | |
| 30 G Игла для внутривенных инъекций | Beckton-Dickinson | 305128 | 30 G |
| PE 10 трубка (60 см/инъекция) | Instech laboratories, Inc | BTPE-10 | BTPE-10, полиэтиленовая трубка 0,011 x 0,024 дюйма (0,28 x 60 мм), нестерильная, катушка 30 м (98 футов), Instech laboratories, Inc Plymouth meeting PA США- (800) 443-4227- http://www.instechlabs.com |
| негепаринизированных капилляров с микрогематокритом | GMBH | 7493 21 | эти капилляры заполнены водой для создания маркеров, видимых на МРТ и КТ |
| Name | Company | Номер в каталоге | Comments |
| >Consumables | |||
| изофлуран: Isoflo | Zoetis | B506 | Анестезия |
| кетамин: Кетамидор | Экуфар | Анестезия | |
| ксилазин: Седаксил | Кодифар NV | Катетер анестезии | |
| Terumo | Versatus-W | 26G | |
| Темозоломид | Sigma-aldrich | T2577-100MG | химиотерапия |
| ДМСО | Sigma-aldrich | 276855-100ML | |
| Инсулиновый шприц Microfine | Beckton-Dickinson | 320924 | 1 мл, 29G |
| Название | Company | Номер в каталоге | Комментарии |
| Анализ изображений | |||
| Программное обеспечение PMOD | ООО «Технология PMOD | »PFUS (fusion tool) | программное обеспечение для количественного определения биомедицинских изображений (BIQS), версия 3.405, |
| https://www.pmod.com/web/?portfolio=22-image-processing-pfusНазвание< | strong>Company< | strong>Каталожный номер | Комментарии |
| Anesthesia-equipment | |||
| Анестезирующий мовзедический аппарат | ASA LTD | ASA 0039 | ASA LTD, 5 valley road, Keighley, BD21 4LZ |
| Генератор кислорода | Ветеринарная техника Int. | 7F-3 | BDO-Medipass, Ijmuiden |