Login processing...

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

Medicine

Vävnads simulera Phantoms för bedömning Potentiella nära infraröda fluorescens bildåtergivning i bröstcancer kirurgi

doi: 10.3791/51776 Published: September 19, 2014

Abstract

Felaktigheter i intraoperativ tumörlokalisering och utvärdering av kirurgisk marginal status resultat i suboptimalt utfall av bröstbevarande kirurgi (BCS). Optisk avbildning, i synnerhet nära infraröda fluorescens (NIRF) imaging, kan minska frekvensen av positiva kirurgiska marginaler efter BCS genom att ge kirurgen med ett verktyg för pre-och intraoperativ tumörlokalisering i realtid. I den aktuella studien, är potentialen för NIRF styrd BCS utvärderas med hjälp av vävnads simulera bröst fantomer på grund av standardisering och träning.

Bröst fantomer med optiska egenskaper som är jämförbara med normal bröstvävnad användes för att simulera bröstbevarande kirurgi. Tumör-simulering inneslutningar som innehåller fluorescerande färg indocyaningrönt (ICG) införlivades i skuggvarelserna på fördefinierade platser och avbildas för pre-och intraoperativ tumörlokalisering, realtid NIRF styrd tumörresektion, NIRF styrdUtvärderingen av graden av kirurgi och postoperativ bedömning av kirurgiska marginaler. En anpassad NIRF kamera användes som en klinisk prototyp för avbildningsändamål.

Bröst fantomer innehållande tumör simulera inklusioner erbjuda en enkel, billig, och mångsidigt verktyg för att simulera och utvärdera intraoperativ tumöravbildning. De gelé fantomer har elastiska egenskaper som liknar mänsklig vävnad och kan kapas med hjälp av konventionella kirurgiska instrument. Dessutom skuggvarelserna innehåller hemoglobin och intralipid för härma absorption och spridning av fotoner, respektive, skapa enhetliga optiska egenskaper som liknar human bröstvävnad. Den huvudsakliga nackdelen med NIRF avbildning är det begränsade inträngningsdjup av fotoner när föröknings genom vävnad, vilket hindrar (noninvasiv) avbildning av djupt liggande tumörer med epi-belysningsstrategier.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bröstbevarande kirurgi (BCS) följt av strålbehandling är standardbehandling för bröstcancerpatienter med T 1-T 2 bröstcancer 1,2. Felaktigheter i intraoperativ bedömning av omfattningen av operation leder till positiva kirurgiska marginaler i 20 till 40% av de patienter som genomgick BCS, vilket kräver ytterligare kirurgiska ingrepp eller strålbehandling 3,4,5. Trots omfattande resektion av intilliggande frisk bröstvävnad kan minska frekvensen av positiva kirurgiska marginaler, kommer detta också förs kosmetiska resultatet och öka samsjuklighet 6,7. Nya tekniker behövs därför att ge intraoperativ feedback på platsen för primärtumör och omfattningen av operationen. Optisk avbildning, i synnerhet nära infraröda fluorescens (NIRF) imaging, kan minska frekvensen av positiva kirurgiska marginaler efter BCS genom att ge kirurgen med ett verktyg för pre-och intraoperativ tumörlokalisering i real-tid. Nyligen, vår grupp rapporterade om den första in-human studie av tumör-riktade fluorescens avbildning i äggstocks cancerpatienter, visar genomförbarheten av denna teknik för att upptäcka primära tumörer och metastaser intraperitoneala med hög känslighet 8. Innan du fortsätter till kliniska studier på patienter med bröstcancer kan dock redan utvärderas genomförbarheten av olika tumörinriktade NIRF bildprogram i BCS prekliniskt använder fantomer.

Följande forskningsprotokoll beskriver användningen av NIRF avbildning i vävnads simulera bröst fantomer som innehåller fluorescerande tumör simulera inneslutningar 9. De fantomer ger ett billigt och mångsidigt verktyg för att simulera före och intraoperativ tumörlokalisering, realtid NIRF styrd tumörresektion, bedömning av statusen kirurgiska marginalen, och detektion av kvarvarande sjukdom. De gelé fantomer har elastiska egenskaper som liknar mänsklig vävnad och kan kapas med hjälp av konventionella surgical instrument. Under den simulerade kirurgiska ingrepp, är kirurgen styrs av taktil information (i fallet med påtagliga inneslutningar) och visuell kontroll av operationsområdet. Dessutom är NIRF avbildning tillämpas för att förse kirurgen med realtid intraoperativ feedback på omfattningen av kirurgi.

Det bör understrykas att NIRF avbildning kräver användning av fluorescerande färger. Helst bör fluorescerande färger användas som avger fotoner i det nära infraröda spektralområdet (650-900 nm) för att minimera absorption och spridning av fotoner från molekyler fysiologiskt rikligt i vävnad (t.ex. hemoglobin, lipider, elastin, kollagen, och vatten) 10,11. Dessutom autofluorescens (dvs, den inneboende fluorescens aktivitet i vävnader på grund av biokemiska reaktioner i levande celler) minimeras i det nära infraröda spektralområdet, vilket resulterar i optimal tumör-till-bakgrundsförhållanden 11. Genom att konjugera NIRF färgämnen till tumör targeted delar (t.ex. monoklonala antikroppar), kan målinriktad leverans av fluorescerande färgämnen erhållas för intraoperativa bildprogram.

Eftersom det mänskliga ögat är okänslig för ljus i det nära infraröda spektralområdet, är en mycket känslig kamera anordning som krävs för NIRF avbildning. Flera NIRF System imaging för intraoperativ användning har tagits fram hittills 12. I den aktuella studien använde vi en anpassad bygga NIRF bildsystem som utvecklats för intraoperativ applikation i samarbete med det tekniska universitetet i München. Systemet möjliggör samtidig förvärv av färgbilder och fluorescensbilder. För att förbättra noggrannheten av de fluorescensbilder, är ett korrigeringsschema implementeras för variationer i ljusintensitet i vävnad. En detaljerad beskrivning ges av Themelis et al. 13

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1 Skapa silikon formar för tumör-simulering som ingår

  1. Samla fasta ämnen i önskad form och storlek som kan tjäna som modell för tumör simulerar inneslutningar, t.ex. pärlor eller kulor.
  2. Rengör tumörmodeller. För att säkerställa en enkel borttagning från silikonformen, kan de tumörmodeller sprutas med anti-stick spray eller täckta med ett tunt lager av vaselin eller bivax.
  3. Placera varje modell i en separat tunnväggigt torget (plast) låda med en slät yta. Om nödvändigt fixera modellen till botten av lådan för att hålla den i läge. Använd en låda som är något större än den tumörmodellen själv att undvika slöseri med överdrivna mängder av silikon.
  4. Häll erforderlig mängd silikonkomponent A i en blandningsskål och tillsätt silikonkomponent B i en 10: 1 viktförhållande. Blanda båda komponenterna noga. Eventuellt kan en vakuumpump användas för att avlägsna luftbubblor från den silikonblandningen.
  5. Försiktigt poUR silikonblandningen i plastlåda för att förhindra att droppa luftbubblor. Silikonblandningen bör behandlas inom 45 minuter för att få optimalt resultat.
  6. Låt silikonblandningen stelna i minst 6 timmar innan du skär formen och ta bort tumörmodell. Eventuellt kan silikonformen skäras i ett sicksackmönster så att den kan passa ihop renlig. Maximal styrka av silikon erhålls efter 3 dagar.

2. Skapa Tris-buffrad saltlösning

  1. Skapa en Tris-buffrad saltlösning (TBS) lösning genom tillsats av 6,1 g (50 mM) Tris och 8,8 g (150 mM) NaCl till 800 ml avjoniserat vatten.
  2. Lägg 1,0 g (15 mmol) NaN 3 för att blockera syresättning av hemoglobin (steg 3,3 och 4,4) och för att inhibera bakteriell tillväxt. VARNING: NaN 3 är en allvarlig gift. Det kan vara dödligt vid hudkontakt eller förtäring. Toxiciteten hos denna förening är jämförbar med den för lösliga alkali cyanider och den dödliga dosen för en vuxen människaär ca 0,7 g. Följ alltid säkerhetsföreskrifterna som tillhandahålls av tillverkaren.
  3. Justera pH till 7,4 och bringa volymen till 1000 ml med avjoniserat vatten.

3 Skapa Fluorescerande Inneslutningar

  1. Lägg 2 g agaros till 50 ml TBS från steg 2. högre smältpunkt agaros jämfört med gelatin (steg 4,2) kommer att förhindra inneslutningar från att lösas upp och läcka fluorescerande färgämnet när de placeras i smält gelatin. Eventuellt kan mängden tillsatt agaros ändras till 1 eller 3 g för att erhålla mjukare eller palpabla tumör inklusioner, respektive.
  2. Värm agaros uppslamningen med användning av en mikrovågsugn tills kokpunkten nås. Rör om noga tills agarosen är helt upplöst.
  3. Lägg 1,1 g (17 ^ mol) hemoglobin och 5 ml Intralipid 20% upplöst i 50 ml TBS till agarosen blandningen under konstant omröring för att likna de optiska egenskaperna hos den omgivande bröstfantomvävnad (steg 4).
  4. Lägg 20,0 mg (250,8 pmol) av det fluorescerande färgämnet indocyaningrönt till 83,8 ml avjoniserat vatten. Kontrollera att färgämnet är helt upplöst.
  5. Pipettera 5,0 ml från denna lösning och lägga till det i agaros blandningen för att erhålla en slutlig koncentration av 14 M. Eventuellt kan andra fluorescerande färgämnen än ICG användas om så önskas med sin egen optimala koncentration.
  6. Fyll försiktigt silikon formar skapade i steg 1 med den varma agaros blandningen med hjälp av en spruta (Figur 1A). Upprepa denna process tills alla formar är fyllda.
  7. Låt de fluorescerande inklusioner stelna vid RT under approximativt en timme. Skydda inneslutningar från ljus genom att täcka hela formen med aluminiumfolie.
  8. Efter stel försiktigt öppna formen och tryck ut införandet (Figur 1B). Du kan också använda spetsen på sprutan för att tillämpa små droppar av smält agaros blandningen på ytan av införandet. Genom att upprepa denna process flera gånger på samma plats, liten tuMor sporrar kan skapas för att simulera infiltrativa tumörer.
  9. Skydda agarosen inneslutningar från ljus och uttorkning genom att linda in dem i aluminiumfolie och förvara dem i en fuktig förvaringsbehållare vid 4 ° C.
    OBS: Användning av lägre eller högre fluorescerande färgämneskoncentrationer än den kända koncentrationen optimalt kommer både resultat i minskad fluorescenssignal intensitet. Den till synes bakvända reduktion i signalintensiteten med ökande färgämneskoncentrationer över den optimala fluorescerande färgämneskoncentrationen beror på ett fenomen som kallas utsläckning. Vid bedömningen av den maximala djup penetration av ett fluorescerande färgämne i fantomer, med hjälp av den optimala koncentrationen är obligatoriskt.

4 Skapa Breast Phantoms

  1. Erhåll en skålformad form för att skapa bröst fantomer av önskad storlek och volym, t ex, ett glas eller plastskål. Gjutformen bör ha en slät yta för att hindra gelatin formen ansluter sig till formen. En form volume på 500 ml kommer att skapa bröst fantomer tillräckligt stora.
  2. För att skapa ett bröst fantom med en volym av 500 ml, tillsätt 50 g gelatin 250 blommar till 500 ml TBS (steg 2). Värm gelatin uppslamningen till 50 ° C under konstant omröring.
  3. När gelatinet är helt upplöst, låt gelatinblandningen gradvis svalna och bibehålla den vid en konstant temperatur på 35 ° C med hjälp av ett hett vattenbad.
  4. Under konstant omrörning, tillsätt 5,5 g (85 mmol) bovint hemoglobin och 25 ml Intralipid 20% för att simulera absorption och spridning av fotoner i vävnad, respektive.
  5. Prechill det skålformade formen vid 4 ° C under minst en timme. Därefter häll gelatinet blandningen i formen till en nivå som motsvarar den förutbestämda djupet på agaros tumör-simulera integration (figur 1C). Låt gelatinet blandningen stelna vid 4 ° C under 30 min till en timme.
  6. Efter stel, placera en tumör simulerar fluorescerande agaros integration på ytan av fantomen och temporärt fixera införandet med en liten nål. Upp till maximalt tre tumör simulera fluorescerande inneslutningar kan införlivas i en enda bröst fantom. Tillräckligt utrymme (minst 5 cm) bör hållas mellan enskilda tumör simulera inneslutningar (Figur 1D).
  7. Häll resten av den varma gelatinblandningen i den återstående formvolym, vilket möjliggör vidhäftning av de båda skikten utan att skapa refraktion artefakter. Markera platsen för de fluorescenta tumör simulera inklusioner på formen. Låt fantomen stelna O / N vid 4 ° C.
  8. En gång stelnat, ta bort nålar som används för tillfällig fixering av inneslutningar och ta försiktigt bort bröstet fantom från dess form (Figur 1E). Skydda bröstet fantom från ljus och uttorkning genom att linda in den i aluminiumfolie och förvara den i en fuktig förvaringsbehållare vid 4 ° C.

ure 1 "fo: content-width =" 5in "src =" / filer / ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg "width =" 500 "/>
Figur 1. sekventiella steg för att skapa bröst fantomer som innehåller fluorescerande tumör simulera inneslutningar. När du har skapat silikon formar av önskad form och storlek, är formarna fylls med smält agaros blandning med hjälp av en spruta (A). Tumör simulera inklusioner av varierande storlek och form har framställts i den aktuella studien (B). Ett tunt skikt av smält gelatin blandningen hälls därefter i en anpassad belagt trä bröst formen (C). Efter stelning, är de tumör simulera inklusioner positionerad, temporärt fixerad, och täckt med ett annat skikt av smält gelatinblandningen (D). Efter stelning, är bröstfantom försiktigt avlägsnas från sin gjutform (E). Den fantom kan sedan sökas simulerar olika NIRF bildprogram (F).ref = "/ filer / ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg" target = "_blank"> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

5. Ställ NIRF kamerasystem

  1. Det krävs en NIRF kamerasystem för intraoperativ applikation för simulering riktade NIRF avbildning i bröstcanceroperation. Flera NIRF system avbildning för realtids intraoperativ NIRF imaging är tillgängligt för undersökning bruk. Även om vissa skillnader mellan dessa enheter finns, de alla innehåller en excitationsljuskälla (för excitation av fluorescerande tumörinneslutningar) och en högkänslig bildenhet för detektering av utsända fotoner.
  2. Se till att använda en excitationsljuskälla av en tillräcklig våglängd. För tumör simulera inneslutningar som innehåller ICG, använda en excitationsljuskälla (t.ex. laser) som avger fotoner mellan 750 och 800 nm. Om ett alternativt fluorescerande färgämne används bör excitationsvåglängden justeras överens ma nufacturer anvisningar.
  3. Om NIRF kamerasystemet innehåller en emissionsfilter för att filtrera bort oönskade bakgrundssignaler, se till att rätt filter används. För tumör simulera inneslutningar som innehåller ICG, använda en emissionsfilter mellan 800 och 850 nm. Alternativa fluorescerande färgämnen kan kräva olika emissionsfilter, beroende på tillverkarnas anvisningar.
    OBS: Se till att det finns utan överlapp mellan excitation och emissionsvåglängder för att förhindra övermättade bilder. Dessutom kan bildförvärvstiden behöva justeras för att erhålla optimala fluorescerande bilder. För djupt liggande fluorescerande inneslutningar eller svaga fluorescerande signaler, kan ökas bildinsamlingstiden för upp till flera sekunder till min. I fallet med ytliga inneslutningar eller starka fluorescenta signaler kan förvärvstiden minskas till flera millisekunder för att tillåta videomässig fluorescens avbildning i realtid.
e "> 6. Simulering av NIRF Bildåtergivning i bröstcancer kirurgi

  1. Ta vävnads simulera bröst fantom ur behållaren och placera den på en plan icke-fluorescerande yta. Därefter placera NIRF bildenheten ovanför bröstet fantom, lämnar en tillräcklig arbetsavstånd för excision av de tumör simulera inneslutningar.
  2. Lokalisera tumören-simulering fluorescerande integration med hjälp NIRF bildbehandling och / eller palpation av fantom bröstet. Om kan upptäckas ingen fluorescerande signal, är införandet antingen placeras för djupt i fantom för att upptäcka eller bildförvärvstiden bör ökas.
  3. När införandet är lokaliserad, incisionsfilm fantom bröstet och ta bort tumör simulera att under realtid NIRF-vägledning med hjälp av konventionella kirurgiska instrument. Alternativt kan införandet excideras styras enbart av visuell inspektion och palpation av bröst fantom för att simulera standard-of-care.
  4. Direkt efter avlägsnandeav tumör simulera integration, bild kirurgisk hålighet för eventuella kvarvarande fluorescerande verksamhet visar otillräcklig excision.
  5. Vid eventuella kvarvarande fluorescerande aktivitet, skära införandet kvarlevan under direkt NIRF vägledning tills ingen fluorescerande signal är kvar.
  6. Bild de utskurna fantom fragmenten att simulera NIRF styrd makroskopisk bedömning marginalstatus. Härtill skiva fantom vävnad i 3 - 5 mm plack och image plack därefter. Fluorescenssignal når in i de kirurgiska marginaler visar att det finns positiva kirurgiska marginaler.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Resultaten från denna studie har tidigare rapporterats på annat håll 9.

Våra data visar att NIRF avbildning kan användas för att detektera fluorescerande tumör simulera införanden i vävnads simulera bröst fantomer, simulerar NIRF-guidad bröstbevarande kirurgi hos patienter med bröstcancer. Med vår fantommodell fann vi intraoperativ tumörlokalisering, NIRF styrd tumörresektion, intraoperativ bedömning av kirurgiska kavitetsvinklar, och detektion av kvarvarande sjukdom att vara möjligt (Figur 2). I korthet var totalt fyra fantom bröst produceras, alla innehåller två fluorescerande inneslutningar med olika mått och / eller morfologi (tabell 1).

Fluorescerande tumör simulera inklusioner avlägsnades kirurgiskt från det första och andra bröst fantom med användning av konventionella kirurgiska instrument. Excision av inneslutning styrdes av palpation och visuell inspektion av operative område. Kirurgen ombads att verka på fantom bröstet tills de tumör simulera inneslutningar var helt bort. Därefter tillsattes den anpassade fluorescens kamera appliceras för att skanna den kirurgiska hålrum för eventuella kvarvarande fluorescerande signaler. I fallet med en ofullständig excision, indikeras av en stark kvarvarande fluorescenssignal, var kirurgen begärda för utskärning av inkludering rest enligt realtid NIRF vägledning. I både fantom # 1 och # 2, excision av en av två tumör simulera inneslutningar var ofullständig, vilket framgår av en stark kvarvarande fluorescens signal som härrör från det kirurgiska hålrummet. Vid ofullständig excision efter det första kirurgiska försöket upptäckte kirurgen och skars kvarlevan att under NIRF vägledning under samma förfarande (sk theranostic). Reexcision under direkt NIRF ledning gav ett fullständigt avlägsnande av införandet kvarlevan vid det andra kirurgiska försök i alla fall, medan det inte var nödvändigt att skära stora volumes av fantom vävnad.

I den tredje och fjärde bröst fantom, NIRF-guidad lokalisering och kirurgiskt avlägsnande av de fluorescerande inklusioner utfördes vid den första kirurgiska försök. Samtidigt närmar sig de tumör simulera fluorescerande inneslutningar, kirurgen hade en monitor till sitt förfogande som fluorescenssignalen projicerades i realtid. I den fjärde bröst fantom, en tumör simulera integration placerad vid 3,0 cm djup endast spåras efter incidera fantomvävnaden ca 1 cm. I den tredje bröst fantom, var både tumör simulera inneslutningar radikalt avlägsnas vid den första kirurgiska försöket, medan avlägsnande av en infiltrativ integration i det fjärde fantom befanns vara ofullständiga. Reexcision under direkt NIRF-ledning gav ett fullständigt avlägsnande av tumören kvarleva i denna fantom.

Postoperativt var utskurna phantom vävnadsfragment skuren i 3 mm diabilder och avbildas med NIRF kamera system för att simulera ex vivo makroskopisk utvärdering av statusen kirurgiska marginalen. I samtliga fall, postoperativ NIRF imaging tydligt avbildade gränserna för tumör simulera inneslutningar och anges om tumör kvarlevan var närvarande vid kirurgiska marginaler (Figur 2C).

Figur 2
Figur 2 NIRF imaging simulering i bröst fantomer. Vävnads-simulering bröst fantomer som innehåller fluorescerande tumör simulera inneslutningar tillämpades för simulering av intraoperativ tumörlokalisering (A), NIRF styrd tumör borttagning (B), och NIRF styrd utvärdering av kirurgisk marginal status (C). Modifierad från:.. Pleijhuis et al, EJSO (2011) Pllätta klicka här för att se en större version av denna siffra.

Tabell 1 Översikt av fantom sammansättning. Tabell 1
Totalt 4 fantomer producerades, som innehåller två tumör simulera fluorescerande inneslutningar var av olika storlek och form.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Vi simulerade potentiella kliniska tillämpningar av NIRF-guidade BCS med hjälp av bröstformade fantomer med integrerade tumör simulera inneslutningar. Intraoperativ tumörlokalisering, NIRF styrd tumörresektion, utvärdering på omfattningen av kirurgi och postoperativ bedömning av kirurgiska marginaler befanns alla möjligt med en anpassad-bygga NIRF kamerasystem. Noninvasiv detektion av fluorescerande tumör simulera inneslutningar var bara möjligt för inneslutningar placerade i fantom vävnaden på ett djup av 2 cm eller mindre. Intraoperativt dock den begränsade signalen inträngningsdjup till stor del lösas genom den typ av BCS kirurgi, där kirurgen skulle föra vävnaden av intresse närmare ytan genom öppning av överliggande vävnaden.

Intraoperativ NIRF avbildning har några viktiga fördelar, bland annat bristen på joniserande strålning, allmän tekniken, och en hög upplösning 9,14. Vidare technique erbjuder feedback i realtid för kirurgen om omfattningen av operationen och möjliggör omedelbar integration av fluorescerande bilder med färgbilder av operationsområdet för en mer exakt lokalisering av fluorescenssignalen 13.

Som nämnts tidigare är en viktig nackdel med NIRF imaging den begränsade vävnads inträngningsdjup av optiska signaler på grund av absorption och spridning av fotoner med vissa vävnadsbeståndsdelar 10,11. För att matcha de optiska egenskaperna hos normal bröstvävnad, var hemoglobin och intralipid läggs till våra fantomer för absorption och spridning av fotoner, respektive 10,15. En andra nackdel med intraoperativ NIRF avbildning är oförmågan att kvantifiera fluorescerande signaler vid utförande av två-dimensionell avbildning på grund av ett icke-linjärt förhållande mellan signalintensiteten och koncentrationen av det fluorescerande färgämnet 10.

I den aktuella studien använde vi en skräddarsydd NIRFkamera för intraoperativ användning. Systemet förvärvar både tvådimensionella färg och fluorescens bilder av operationsområdet. Andra intraoperativ NIRF bildenheter finns även med lite olika avbildningsstrategier 12. Tyvärr, i multicenterförsök, användning av olika bildsystem och inställningar kan påverka resultat som uppnåtts mellan institutionerna. Använda fantomer med kända mängder av fluorescerande färgämne kan hjälpa till att lösa detta problem genom att tillhandahålla ett verktyg för att kalibrera olika avbildningssystem. Dessutom skulle de fantomer användas för utbildning och standardisering av NIRF-guidade kirurgiska ingrepp.

Som sagt tidigare, fluorescerande färgämnen är en förutsättning för NIRF avbildning. Vi valde att använda ICG för våra tumör simulera inneslutningar eftersom det är det enda klinisk kvalitet nära infraröda fluorescerande färgämne för närvarande finns. Nya fluoroforer (t.ex. IRDye 800CW) är under utveckling och förväntas vinna approval för klinisk användning inom en snar framtid. Till skillnad från ICG, som inte kan konjugeras i dess kliniskt godkända formulär, nya fluoroforer såsom 800CW, kan lätt konjugeras till biomolekyler. Konjugering av dessa nya fluoroforer till tumörinriktade ligander eller monoklonala antikroppar möjliggör specifik leverans av fluorescerande färg till cancerceller. I själva verket har prekliniska och kliniska studier redan visat genomförbarheten av NIRF avbildning av fluoroforenheter märkta tumörer och indikerade NIRF styrd kirurgi för att förbättra kirurgiska resultatet 8,13,17,18,19,20.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har ingenting att lämna ut.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bovine hemoglobin Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands H2500 Simulates absorption of photons in tissue 
Intralipid 20% Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands I141 Simulates scattering of photons in tissue
Silicone A translucent 40 (2-components poly-addition silicone) NedForm, Geleen, The Netherlands Package consists of components A and B, that should be mixed one on one (A:B=10:1).  Link to manufacturers page: http://tinyurl.com/ncjq7jx
Gelatine 250 Bloom Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands 48724 Construction of breast-shaped phantoms
Agarose Hispanagar, Burgos, Spain Construction of tumor-simulating inclusions
Tris Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands T1503 
HCl Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands 258148
NaCl Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands S9888
NaN3 Merck, Darmstadt, Germany 822335 CAUTION: severe poison. The toxicity of this compound is comparable to that of soluble alkali cyanides and the lethal dose for an adult human is about 0.7 grams.
Examples of NIRF imaging devices for intraoperative application:
T2 NIRF imaging platform  SurgVision BV, Heerenveen, The Netherlands Customized NIRF imaging system used in the current study. More details available at www.surgvision.com
Photodynamic Eye Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH, Herrsching am Ammersee, Germany PC6100 www.iht-ltd.com
FLARE imaging system kit The FLARE Foundation Inc, Wayland, MA, USA www.theflarefoundation.org
Fluobeam Fluoptics, Grenoble, France www.fluoptics.com
Artemis handheld camera Quest Medical Imaging BV, Middenmeer, the Netherlands www.quest-mi.com
Examples of NIRF fluorescent dyes for intraoperative application:
Indocyanine green ICG-PULSION,  Feldkirchen, Germany PICG0025DE   Clinical grade fluorescent dye for NIRF imaging used in the current study. More details available at www.pulsion.com
IRDye 800CW NHS Ester LI-COR Biosciences, Lincoln, NE, USA 929-70021 www.licor.com

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bellon, J. R., et al. ACR Appropriateness Criteria® Conservative Surgery and Radiation - Stage I and II Breast Carcinoma. The Breast Journal. 17, (5), 448-455 (2011).
  2. Kaufmann, M., Morrow, M., Von Minckwitz, G., Harris, J. R. The Biedenkopf Expert Panel Members. Locoregional treatment of primary breast cancer. Cancer. 116, 1184-1191 (2010).
  3. Pleijhuis, R. G., et al. Obtaining adequate surgical margins in breast-conserving therapy for patients with early-stage breast cancer: current modalities and future directions. The Annals of Surgical Oncology. 16, 2717-2730 (2009).
  4. Singletary, S. E. Surgical margins in patients with early-stage breast cancer treated with breast conservation therapy. American Journal of Surgery. 184, (5), 383-393 (2002).
  5. Jacobs, L. Positive margins: the challenge continues for breast surgeons. Annals of Surgical Oncology. 15, (5), 1271-1272 (2008).
  6. Krekel, N., et al. Excessive resections in breast-conserving surgery a retrospective multicentre study. The Breast Journal. 17, (6), 602-609 (2011).
  7. Wood, W. C. Close/positive margins after breast-conserving therapy: additional resection or no resection? Breast. 22, 115-117 (2013).
  8. Van Dam, G. M., et al. Intraoperative tumor-specific fluorescence imaging in ovarian cancer by folate receptor-α targeting: first in-human results. Nature Medicine. 17, (10), 1315-1319 (2011).
  9. Pleijhuis, R. G., et al. Near-infrared fluorescence (NIRF) imaging in breast-conserving surgery: assessing intraoperative techniques in tissue-simulating breast phantoms. European Journal of Surgical Oncology. 37, (1), 32-39 (2011).
  10. Baeten, J., Niedre, M., Dunham, J., Ntziachristos, V. Development of fluorescent materials for Diffuse Fluorescence Tomography standards and phantoms. Optics Express. 15, (14), 8681-8694 (2007).
  11. Luker, G. D., Luker, K. E. Optical imaging: current applications and future directions. Journal of Nuclear Medicine. 49, (1), 1-4 (2007).
  12. Keereweer, S., et al. Optical image-guided surgery - Where do we stand? Molecular Imaging Biology. 13, (2), 199-207 (2011).
  13. Themelis, G., Yoo, J. S., Soh, K. S., Shulz, R., Ntziachristos, V. Real-time intraoperative fluorescence imaging system using light-absorption correction. Journal of Biomedical Optics. 14, (6), 064012 (2009).
  14. Themelis, G., et al. Enhancing surgical vision by using real-time imaging of αvβ3-integrin targeted near-infrared fluorescent agent. Annals of Surgical Oncology. 18, (12), 3506-3513 (2011).
  15. De Grand, A. M., et al. Tissue-like phantoms for near-infrared fluorescence imaging system assessment and the training of surgeons. Journal of Biomedical Optics. 11, (1), 014007 (2006).
  16. Intes, X. Time-domain optical mammography SoftScan: initial results. Academic Radiology. 12, (10), 934-947 (2005).
  17. Kirsch, D. G., et al. A spatially and temporally restricted mouse model of soft tissue sarcoma. Nature Medicine. 13, (8), 992-997 (2007).
  18. Tafreshi, N. K., et al. Noninvasive detection of breast cancer lymph node metastasis using carbonic anhydrases IX and XII targeted imaging probes. Clinical Cancer Research. 18, (1), 207-219 (2012).
  19. Nguyen, Q. T., Tsien, R. Y. Fluorescence-guided surgery with live molecular navigation - a new cutting edge. Nature Reviews Cancer. 13, (9), 653-662 (2013).
  20. Orosco, R. K., Tsien, R. Y., Nguyen, Q. T. Fluorescence imaging in surgery. IEEE Reviews in Biomedical Engineering. 6, 178-187 (2013).
Vävnads simulera Phantoms för bedömning Potentiella nära infraröda fluorescens bildåtergivning i bröstcancer kirurgi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pleijhuis, R., Timmermans, A., De Jong, J., De Boer, E., Ntziachristos, V., Van Dam, G. Tissue-simulating Phantoms for Assessing Potential Near-infrared Fluorescence Imaging Applications in Breast Cancer Surgery. J. Vis. Exp. (91), e51776, doi:10.3791/51776 (2014).More

Pleijhuis, R., Timmermans, A., De Jong, J., De Boer, E., Ntziachristos, V., Van Dam, G. Tissue-simulating Phantoms for Assessing Potential Near-infrared Fluorescence Imaging Applications in Breast Cancer Surgery. J. Vis. Exp. (91), e51776, doi:10.3791/51776 (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