Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

משלוח משופר הסעה מודרכת תמונה לתוך מודלים Agarose ג'ל של המוח

Published: May 14, 2014 doi: 10.3791/51466

Summary

משלוח משופר הסעה (CED) הוצע כאפשרות טיפול למגוון רחב של מחלות נוירולוגיות. על מנת להכין את אנשי המקצוע בתחום הבריאות לאימוץ CED, דגמי הכשרה נגישים יש צורך. אנו מתארים את השימוש בג'ל agarose כמודל כזה של המוח האנושי לבדיקה, מחקר והכשרה.

Abstract

משלוח משופר הסעה (CED) הוצע כאפשרות טיפול למגוון רחב של מחלות נוירולוגיות. Neuroinfusion קטטר CED מאפשר זרימה בתפזורת לחץ חיובית כדי לספק כמויות גדולות יותר של תרופות ליעד תוך גולגולתי מאשר שיטות משלוח סמים מסורתיות. התועלת הקלינית של ה-MRI בזמן אמת מודרכת CED (rCED) טמון ביכולת למקד במדויק, לעקוב אחר טיפול, ולזהות סיבוכים. עם אימונים, rCED הוא יעיל וסיבוכים עלולים להיות ממוזערים. מודל agarose ג'ל של המוח מספק כלי נגיש לבדיקת CED, מחקר והכשרה. המוח המדומה rCED מאפשר תרגול של הניתוח המדומה גם בעת מתן משוב חזותי של העירוי. ניתוח של עירוי מאפשר חישוב שבריר ההפצה (VD / י) המאפשר למתאמן כדי לאמת את דמיונו של המודל בהשוואה לרקמת מוח אנושי. מאמר זה מתאר פנטום מוח agarose ג'ל ומתאר לי חשובTrics במהלך פרוטוקולי עירוי וניתוח CED תוך התייחסות מלכודות נפוצות התמודדו במהלך עירוי CED לטיפול במחל נוירולוגיות.

Introduction

משלוח משופר הסעה (CED) הוצע כאפשרות טיפול למגוון רחב של הפרעות נוירולוגיות כולל גידולים ממאירים במוח, אפילפסיה, הפרעות מטבוליות, מחלות ניווניות (כגון מחלת פרקינסון) 1, שבץ מוחי, וטראומה 2. CED מעסיק זרימה בתפזורת לחץ חיובי להפצת סמים או infusate האחר. CED מספק אספקה ​​בטוחה, אמינה, והומוגנית של תרכובות במשקל מולקולריות, הנע בין נמוך לגבוה, בעוצמות רלוונטיות קליני 3. משלוח סמים מסורתי לרקמת המוח הוגבל בצורה קשה על ידי מחסום דם המוח 4. נוצר על ידי צמתים ההדוקים בין תאי האנדותל המרכיבים את נימי הדם במוח, בלוקים מחסום דם המוח קוטביים ומולקולות במשקל מולקולריות גבוהות מלהיכנס parenchyma של המוח. עירוי המוח intraparenchymal ישיר באמצעות CED יכול להתגבר על המגבלות של שיטות משלוח סמים טיפוליות קודמותומאפשר השימוש בסוכנים טיפוליים שלא לחצות את המחסום שבין דם למוח, ולכן היה בעבר זמין כאפשרויות טיפול קיימא 5.

חוקרים מהמכון הלאומי האמריקאי לבריאות (NIH) תיארו CED בתחילת 1990 כאמצעי להשגת ריכוזי תרופה טיפוליים יותר מאשר על ידי דיפוזיה בלבד 6-8. השיטות הראשונות של CED מעורב השתלת צנתרים אחד או יותר לתוך המוח, חיבור משאבת עירוי לקטטר, ושאיבת הסוכנים הטיפוליים ישירות לאזור הממוקד. שבריר ההפצה המוגברת והריכוז יציב יחסית הוא דיווחו להתרחש כלחץ החיובי שנוצר על ידי משאבת העירוי גורם לרקמות להתרחב ולאפשר חלחול של התרופה 9.

הטכניקה הבסיסית לCED נותרה במידה רבה זהה לזה שתואר ראשון. התקדמות בקטטר עיצוב 10, טכניקת עירוי 2, ומעקב MRI בזמן אמת כדי לתקן למשמרת מוח 12, 13, לייעל חליטות קוליניאריות מרובות 14, ולפקח על אובדן infusate 15 הגדילו את הבטיחות ויעילות של הטיפול 10. חשיבות נוספות הושמה על עיצוב קטטר והאסטרטגיה עירוי כוללים קצב זרימה. המוצלח CED, עם ריפלוקס קטטר המוגבל ונזק לרקמות, כבר מתואם עם עיצוב קטטר וקצב עירוי. השימוש בצנתר בקוטר צר וקצב עירוי נמוך להגביל את הזרימה חוזרת לאורך ממשק המוח קטטר כמו גם נזק גבול בקצה הצנתר 16. MR הדמיה מספקת אישור חזותי של המיקום הנכון למיקום צנתר עירוי, ולכן אספקת סמים, בעת גם מאפשר לתיקון של ריפלוקס עירוי או משלוח חריג 17. גם תמונות MR יכולות לשמש כדי להתקרב ולעקוב אחר הכרכים של הפצה (VD) של התרופה רווי. VD מחושב לפי ערך עוצמת אות MR הדמיה יותר משלוש סטיות תקן מעל הממוצע מג'ל שאינו רווי המקיף כסף לפילוח 18. VD הוא מדידה שימושית לCED משום שהיא מייצגת את עוצמת הקול של הסמים מופצים במוח. יחד עם הנפח רווי (וי), יחס יכול להיות שנוצר (VD / י) כימות ההיקף מכוסה על ידי התרופה רווי.

רוחות רפאים agarose ג'ל לחקות כמה תכונות מכאניות חיוניות של המוח האנושי חשובות להבנת CED כגון: VD, אינטראקציות ג'ל קטטר, תכונות poroelastic, וענן עירוי מורפולוגיה 10. תערובות של 0.2% agarose ג'ל הוכחו לחקות in vivo שינויים בשבריר נקבובית מקומי שנגרמו על ידי התרחבות ג'ל בשל CED. שבריר נקבובית דומה למוח האנושי מקדם אינטראקציות דומות ומדידות מדויקות של VD 19. בנוסף, ריכוזים דומים שלג'לי garose כגון 0.6% ו0.8% הראו פרופילי לחץ עירוי דומים למוח 20. יתר על כן, ג'לים agarose השקוף מספק את היתרון של הדמיה של מיקום קטטר וריפלוקס עירוי בזמן אמת. רוחות הרפאים agarose ג'ל הם זולות יחסית לייצור. העלות של רוחות הרפאים agarose ג'ל עשויה להיות מפתח להכשרה המקצועית רחבה בעתיד ברחבי ניתוח נוירולוגים. בשל מאפיינים אלה, ג'לים agarose לספק פונדקאית שימושי, שכפול רבים של תכונות מפתח של חליטות מוח אנושיות ללא השימוש ברקמת המוח.

כאמור לעיל, דימוי מודרך CED לתוך המודלים agarose ג'ל מספק מועיל בשיטה חוץ גופית לבדיקה, מחקר והכשרה. מטרת מאמר זה היא לתאר כיצד לשחזר רוחות רפאים agarose ג'ל, להתוות בדיקת פרוטוקולי CED וניתוח מתאימים, וכדי לטפל בשגיאות נפוצות התמודדו במהלך חליטות CED לטיפול במחל נוירולוגיות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת הפנטומים ג'ל וצבע

  1. הכן 0.2% agarose ג'ל ידי המסת 2 גרם של 0.1% אבקת agarose ב1,000 מיליליטר של מים deionized. מערבבים את הפתרון עבור כ 1 דקות כדי להבטיח ערבוב נכון; ומיקרוגל באופן מיידי את הפתרון במרווחי 3 דקות ל9 דקות או עד שברור, תוך ערבוב בין מרווחים.
  2. , בעוד agarose ג'ל הוא נוזלי לשפוך את הפתרון לx 5 5 ס"מ X 5 מכולות סנטימטר סנטימטר. לאפשר מרחב בחלק העליון של המכל כדי להוסיף מים ולאפשר agarose ג'ל להתקרר ולהתיישב.
  3. פעם אחת את הג'ל agarose יש הקרושה (כ 1-2 שעות), להוסיף 1 סנטימטר של מים לחלק העליון של ג'ל ושומר במקרר. עדיף להשתמש בג'ל בתוך 24-48 שעה של ערבוב, אבל זה יכול להיות מאוחסן לתקופה של עד שבוע בקירור 10.
  4. הכן את צבע רדיו לעומת זאת במזרק 60 מיליליטר בהיקף של 50 מיליליטר של 0.017% צבע כחול bromophenol (גוש פרמטרי BPB), ו2 מ"מ של תקשורת רדיו ניגוד gadoteridol.
    1. שלב 8.5 מ"ג של צבע גוש הפרמטרים BPB 50 מ 'ליטר מים deionized ליצור 0.017% פתרון גוש פרמטרי BPB.
    2. הוספת 0.2 מיליליטר של מניית 0.5 M gadoteridol ל50 מיליליטר 0.017% פתרון גוש פרמטרי BPB כדי ליצור פתרון gadoteridol 2 מ"מ.

2. הכנת מערכת העירוי

  1. מערכת משאבת מזרק עירוי (שיטה מועדפת): להכנת משאבת מזרק, לצרף את צנתר העירוי ישירות למזרק דרך חיישן הלחץ, צמצום הנפח המת של קו העירוי. פונקצית הטיהור של משאבת המזרק ניתן להשתמש כדי לנקות את הקו של אוויר באמצעות בולוס גדול מיחולו נפח של קטטר בשיעור של 10 μl / min.
  2. מערכת משאבת צינור עירוי (שיטה חלופית): חבר את המזרק המכיל את צבע רדיו ניגוד למשאבת העירוי. צרף את חיישן הלחץ לשקע משאבה עם המתמר המחובר לצג IV. צרף צנתר עירוי 16 G לקצה הפתוח של חיישן הלחץ. הערה: קצה צנתר עירוי G 16 יש קוטר פנימימטר של 0.2 מ"מ וקוטר חיצוני של 0.35 מ"מ. טיפ עשוי מסיליקה התמזגו ואורך הטיפ הוא 3 מ"מ. זה מגביר בכ 0.75 מ"מ וממשיך ל15 מ"מ, קטטר ואז מגביר את באופנה מחודדת ל1.6 מ"מ או 16 G.
  3. היכונו לעירוי על ידי טיהור המערכת כ 15 דקות ב 16.667 μl / min כדי להסיר כל בועות אוויר. אין לעבור על קצב זרימת 16.667 μl / min, כמו מכונת תחדל עירוי בשל לחץ גבוה קו. בעקבות צירוף צנתר העירוי לקו יציאה ממשאבת העירוי, קווי טיהור האוויר על ידי שימוש בפונקציה "בולוס" במשאבת העירוי.
  4. צרף את צנתר עירוי הר ומסגרת מסלול למכל פנטום ג'ל (X 5 5 x סנטימטר סנטימטר 5 ס"מ) ומניחים בבדיקת MRI.

3. CED ג'ל עירוי וMR סריקה

  1. לאפס את ערך הלחץ (מ"מ כספית) נרשם על ידי צג IV לפני תחילת העירוי.
  2. הכנס את צנתר העירוי לתוך הג'ל agarose wה-i משאבת העירוי פועלת בקצב הזרימה הנמוך ביותר האפשרי, במקרה זה 1.667 μl / min.
  3. התחל את סריקת MR, באמצעות הפרמטרים המופיעים בטבלה 1, ולהמשיך יציקת בשיעור של 1.667 μl / min. להחדיר את הג'ל בקצב קבוע עד להיקף הכולל חדור מגיע 60 μl (כ 38 דקות).
  4. סרוק את הג'ל ברציפות ב 3 דקות ו50 מרווחי שניות. רשום את קריאות לחץ כל 60 שניות. ברגע שהנפח חדור מגיע 60 μl, כבה את משאבת העירוי; וסריקת MR מלאה תוך כדי להקליט את קריאות לחץ.

4. MR ניתוח נתונים

  1. לניתוח תמונות MR, השתמש הצופה DICOM מתאים עם פונקציונליות פילוח החזר על השקעה.
  2. בחר את המסגרת הנכונה בכל סריקה מסומנת על ידי החתך של קטטר כפי שניתן לראות באיור 1.
  3. באמצעות "החזר על השקעה - מלבן" הכלי, בחר את החלק הגדול ביותר של ג'ל שאינו כולל כלחלק מאתר העירוי. פלט תוכנת צפיפות פיקסלים ממוצע עם סטיית תקן. מצא את הערך שמתאים לשלוש סטיות תקן מהממוצע. ערך זה משמש כרף לקביעה כאשר לעומת זאת היא בהווה עם אמון של 99.7%.
  4. באמצעות "החזר על השקעה - העיגול" הכלי, להקיף את אתר העירוי עם מספיק מעגל גדול ולתת את זה שם ייחודי.
  5. בחר את המעגל ובאמצעות "ההחזר על ההשקעה - להגדיר ערכי פיקסל ל" כלי, ערך סף קלט שנמצא בשלב 4.3 ל" אם הערך הנוכחי הוא גדול יותר מאשר:" תיבת סימון והקו הזה בלבד. ואז ב" לערך חדש: "תיבה, הזן ערך גדול (25,000). אפס את צפיפות הפיקסלים כדי לבחור את האזור המוקף הסף שנקבע בעבר.
  6. לאחר מכן, באמצעות "ההחזר על ההשקעה - לגדול אזור (פילוח 2D/3D)" כלי, בחר אזור 2D גדל, אלגוריתם אמון עם פרמטר רדיוס ראשוני = 2, ואת החזר על השקעה מברשת. לחץ פנימי של אתר העירוי לתוכנה כדי לחשב את השטח הכולל of אזור זה.
  7. בהנחת ענן עירוי כדורי, לחשב את הנפח של דיפוזיה מהאזור באמצעות המשוואה הבאה: V = 4/3π (√ (פינת / π)) 3

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

פרשנות וניתוח חליטות CED כרוך כמה גורמים חשובים כגון שבריר הפצה וריפלוקס infusate. חישוב שבריר ההפצה תלוי במידה רבה על חישוב VD. לכן פרשנות מדויקת של תמונות MR היא קריטית. אנו מציעים שיטה חצי אוטומטית לאמינים להתרבות מדידות אלה כמפורט לעיל. שיטות אלה באופן אובייקטיבי לקבוע את אזור חתך הרוחב של ענן infusate ורדיוס משוער. אמנם משתנה, בג'ל agarose ענן העירוי לעתים קרובות הוכיח כדורי. בהנחת ענן infusate כדורי, רדיוס זה יכול לשמש כדי לקבוע את VD לעירוי CED. VD / י לעירוי ג'ל agarose אז יכול להיות מחושב עם הנפח הנמדד רווי. agarose ג'ל בריכוז 0.2% הוכיח ייצוג סביר של רקמת המוח עם יחס VD / י של 5.0 10, נופל בין יחסי VD / י המדוד של רקמת מוח הנעה 3.1-5.20; 21, 22.

מדידות לחץ צולמו במהלך עירוי CED חשובות אף הם להבטחת העירוי נותר יציב וקבוע. לחץ קוצים זוהו עשויים להצביע על שגיאות בעירוי, כגון בועות אוויר או חסימות בקטטר. פרופיל הלחץ של העירוי צפוי בתחילה לשיא לפני הירידה לרמה יציבה יחסית לתקופת העירוי 20.

הרעה העיקרית להצלחה של העירוי היא אוויר בקו העירוי. האוויר משנה את המדידה של לחץ העירוי, כמו גם את עוצמת הקול של הצבע שהחדיר. זה גם עלול לגרום לשיבוש רקמות מקומי ולהשפיע על חלוקת infusate. מחקר מוצלח בוצע באמצעות צנתרים קואקסיאליים שהניבו פרמטרים כדי למזער או למנוע את תופעות המיוצרים על ידי בריחת אוויר לתוך אתר העירוי 23. מהמחקר שלנו, אנו מזהים צורך בinvestig העתידations לשיטות נכונה של חליטות CED באמצעות צנתרים צינורית בודדים כגון קטטר SmartFlow כדי למזער או למנוע את נוכחותו של אוויר באותה מידה.

פרמטר מרכזי לזיהוי הנוכחות של אוויר בקו העירוי הוא לחץ עירוי. כפי שמוצג על ידי לחץ עירוי קו (מ"מ כספית) באיור 2, קיימת עלייה חדה בלחץ שורת העירוי באותו הזמן שהאוויר מוחדר קו קטטר. השוואה בין קריאות לחץ לחותמות זמן תמונת MR, ספייק לחץ עשוי להעיד על הנוכחות של בועת אוויר לפני אישורה תמונת MR. הדבר מצביע על לחץ עשוי להיות אזהרת סמן פוטנציאלי לאיתור ומניעת האספקה ​​הולמת של אוויר in vivo. היו זמנים שבין ספייק הראשוני בלחץ וכאשר האוויר היה למעשה מועבר לתוך הג'ל. שחשוב לציין שכן אוויר לא צריך להיות חדור במוח במהלך הליך בפועל. אם לחץ מוגבר היה משקיפיםאד במקרה אמיתי שאולי יש מספיק זמן כדי לשמור על אוויר מלהגיע לאתר העירוי בתוך המוח.

ברגע שהאוויר מגיע לקצה הצנתר, צמיחה של בועת האוויר שניתן לראות בתמונות MR כפי שמוצגת באיור 3, AF פנלים. בועת האוויר גורמת להגדלה ואי סדיר של בלוט הצבע וגם משנה את המדידה של VD. לכן, חשוב לזהות ולאמת את שיטה להכין את המערכת שמבטיחה באופן עקבי הוא נטול אוויר לפני הצבת קטטר, מה שהופך את אוויר מסוים אינו פוגע בעירוי. דרך אחת למנוע אוויר שנכנס הקטטר עלולה להיות להתחיל העירוי לקראת כניסה של קטטר לתוך הג'ל agarose.

זרימה חוזרת של infusate לאורך ממשק קטטר ג'ל יכולה להשפיע לרעה על ידי מתן העירוי infusate כדי לצאת מהמטרה. בעוד זרימה חוזרת יכולה להתרחש בכל נקודה במהלך עירוי, יש שכיחות מוגברת של זרימה חוזרת בזמן t הוא מתחיל מהעירוי וכאשר מגדילים את קצב העירוי 10. Backflow גם הייתה קשורה עם הנוכחות של בועות אוויר, טכניקת החדרת קטטר, ועיצוב קטטר, אם כי זרימה חזרה עדיין עשויה להתרחש למרות פיקוח על המשתנים האלה 23. כדי למזער את הזרימה חוזרת, היה בשימוש קטטר עמיד נכנס, ריפלוקס, וקצב העירוי נערך קבוע ונמוך ככל האפשר (1.667 μl / min). אפשר גם למנוע זרימה חוזרת מיותרת על ידי מניעת לחץ קוצים. יחד עם קוטר קטטר, לחץ קוצים עירוי ראשוני (IIPS) (מזוהה עם גירושם של חסימת קצה צנתר) הוכחו כדי להגדיל את ההסתברות שתתרחש זרימה חוזרת. לכן, טכניקת "טפטוף" שימשה בי העירוי היה יזם בשיעור מינימום זמן קצר לפני הכניסה. צנתרים נקבוביים קרום, כמו גם עיצובי קטטר קצה שסתום, הוצעו כדי לצמצם חסימות יציאה סופיות וIIPS קשור.

אוהל "עבור: לשמור-together.within-page =" תמיד "> טבלת 1
טבלה 1. פרמטרים הדמיה וערכים המשמשים לסריקת MR של העירוי.

איור 1
. 1 איור 1 לוח מראה תמונה של קטטר הר וagarose ג'ל לצד פנל 2 המכיל תמונת MR של agarose ג'ל המציג חתך של צנתר עירוי תוויות באופן הבא:. מדריך המסלול הגלוי MR ניתן לראות על ידי תוויות ו ב ', קטטר העירוי על ידי תווית C, המים על החלק העליון של ג'ל agarose על ידי תווית D, איגום חומר ניגוד בממשק המים הג'ל על ידי תווית E, ג'ל agarose על ידי תווית F, ואת ענן העירוי על ידי תווית G.

עמודים = "תמיד"> איור 2
איור 2. גרף הממחיש את ההשפעות של אוויר בעירוי CED. האוויר נרשם בדקות לקו העירוי 15 לעירוי. ב17 דקות עלייה חדה בלחץ נרשמה, כפי שמוצגת על ידי הקו הירוק. בועת האוויר יש גם השפעה דרסטית על יחס VD וVD / י כפי שניתן לראות על ידי קווים מקווקווים הכחולים וחום, בהתאמה. על האוויר שנכנס הקו, VD זינק מכ 5 עד 9 μl; בעוד Vi נשאר ליניארי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. תמונות תהודה מגנטית מראהצמיחה של ענן העירוי ובועת אוויר סגור. התמונה הראשונה מראה את הג'ל לקראת כניסה של הצנתר, התמונה השנייה מציגה את החדרת קטטר לאחר תחילת העירוי, ובפעם הבאה שמוצגת היא לשגות במרווחים של כ 4 דקים ' . בועת האוויר מעוות את הנפח האמיתי של ענן infusate ומונעת מדידה מדויקת של VD. האוויר נראה נכנס לקטטר העירוי מייד לפני סריקת MR. פנלי AF מתאימות לנקודות מיקוד אוטומטי בתרשים 2, הממחישה את ההתקדמות של העירוי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

צעדים החיוניים להבטחת ההצלחה של העירוי הם: טיהור קו העירוי של אוויר, ערבוב agarose ג'ל, ניתוח נתוני MR, תוך שימוש בקטרי קטטר פנימיים קטנים, באמצעות צעד עיצובי קטטר כדי למזער את הזרימה חוזרת, ולמזער את הלחץ שחש ג'ל או רקמה שלתוכו התרופה היא להיות רווי. כאמור, על החשבון העיקרי להצלחה של העירוי הוא אוויר שורת עירוי. בצורה נכונה וביסודיות טיהור קו העירוי של אוויר היא קריטית כדי להבטיח שאין אוויר נכנס לעירוי. חשוב באותה מידה כהוא ערבוב של ג'ל agarose. סינתזה לא נכונה של ג'ל עלולה להוביל לשינויים גדולים בריכוז ובעקביות, אשר בתורו יגרמו לתנודות בהפצת infusate. ניתוח נתונים MR עקבי הוא מפתח למדידות מדויקות ואובייקטיביות של VD ויחסי VD / י. דווקא בעקבות הצעדים המפורטים בפרוטוקול מספק שיטה עקבית לניתוח נתונים MR.

t "> עם זאת, טכניקות אלה אינם ללא מגבלות. כאשר מכניסים את הקטטר, ג'ל agarose ייתכן שבר או לקרוע בלתי צפוי 10. טבע בלתי צפוי זה של agarose ג'ל יכול לגרום לשינויים בממשק ג'ל קטטר שהופך אותו שונים מרקמת המוח אנושית ומגבלות שמישים. נוספות יכולות לנבוע מהנחת ענן עירוי כדורי לחישוב VD. בעוד ענני עירוי כדוריים היו נפוצים עם חליטות לagarose ג'ל, מנסה לשחזר את העירוי in vivo עשוי להניב תוצאות שונות. רקמת המוח היא יותר איזוטרופי, יותר הטרוגנית, ומכיל יותר גבולות אנטומיים אזוריים מאשר agarose ג'ל ולכן יגרום לשונות בענן עירוי מורפולוגיה 10. חשוב לציין כי VD אלה מקורבים בעליל, מבלי לקחת בחשבון את נוכחותם של חפצי רגישות מגנטיים, שעשוי להקטין את האות עוצמת ענן infusate. לצורך מ 'זהanuscript עשינו ההנחה של דיפוזיה איזוטרופי ואנחנו מבינים שזה אומדן. שינויים נוספים לטכניקה הנוכחית עשויים להתקיים כדי לשפר את העקביות ודיוק של התוצאות. שינויים עשויים לכלול טיהור נוספת של הקווים כדי למנוע עוד יותר אוויר בעירוי או באמצעות תוכנה לחישוב נפח 3D כדי למנוע הנחת ענן infusate כדורי בצורה מדויקת יותר. שיטות של מודלים במחשב כפי שתואר על ידי Linninger et al. יכולות לשמש כדי לחזות בצורה מדויקת יותר ולמדוד את CED ענן עירוי 24 הנפח, 25.

בהשוואה לשיטות קיימות הדורשות רקמת המוח מת או חיה, ג'ל agarose מספק יותר נגיש בקלות מודל לבדיקת CED. הטבע השקוף של ג'ל agarose מציע גם הדמיה של העירוי בזמן אמת. הדמיה בזמן אמת זה נותנת למתאמן את היכולת לראות בועות ריפלוקס או אוויר בעירוי לפני שהוא זוהה על ידי MR, כלבשל לתיקון ושינוי מהירים. עבור יישומים עתידיים, ג'ל agarose מספק מודלים הנגישים הנדרשים לבדיקה בעתיד, מחקר והכשרה בCED.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

Acknowledgments

המחברים מבקשים להודות לצוות ממתקני ה-MRI במרפאת Semmes-Murphey, ממפיס, טנסי, כמו גם המחלקה נוירוכירורגיים באוניברסיטת המרכז למדע בריאות טנסי בממפיס, טנסי.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Prohance Bracco Gadoteridol radio contrast media
Bromophenol blue dye Biorad 161-0404 Dye for infusate visualization
Agarose gel powder Biorad 161-3101EDU Agarose powder for creating gels
Medrad Veris MR Vital Signs Monitor Medrad MR safe infusion pressure monitor
16 G SmartFlow Catheter SurgiVision Infusion catheter
Medrad Continuum MR Infusion System Medrad MR safe infusion pump
SMART Frame MRI Guided trajectory frame ClearPoint Infusion catheter frame
Osirix imaging software and DICOM Viewer Osirix Imaging Software OsiriX 32-bit DICOM Viewer

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

רפואה גיליון 87 אספקה ​​משופרת הסעה agarose ג'ל כרכים של הפצה עירוי ג'ל VD / י MRI נוירוכירורגיה
משלוח משופר הסעה מודרכת תמונה לתוך מודלים Agarose ג'ל של המוח
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sillay, K. A., McClatchy, S. G.,More

Sillay, K. A., McClatchy, S. G., Shepherd, B. A., Venable, G. T., Fuehrer, T. S. Image-guided Convection-enhanced Delivery into Agarose Gel Models of the Brain. J. Vis. Exp. (87), e51466, doi:10.3791/51466 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter