Summary
과거에 작은 동물 조사 대상 잘 delineated 종양 볼륨 수 없이 일반적으로 수행 되었다. 목표는 쥐에서 인간 세포종의 치료를 모방 했다. 작은 동물 조사 플랫폼을 사용 하 여, 우리는 MRI 기반 3D 등각 방사선 조사 전 임상 설정에서 애완 동물 기반 하위 볼륨 증폭을 수행.
Abstract
수십 년 동안, 작은 동물 방사선 연구 대상 특정 이나 잘 delineated 종양 볼륨을 상당히 조잡 실험 설정 능력 없이 간단한 단일 빔 기술을 적용을 사용 하 여 주로 수행 되었다. 방사선의 납품 고정된 방사선 또는 megavoltage (MV) 엑스레이 생산 하는 선형 가속기를 사용 하 여 달성 되었다. 이 소자는 작은 동물에 필요한 서브 밀리미터 정밀도 달성 하기 위해 수 없습니다. 또한, 높은 복용량은 건강 한 주변 조직 바구니 응답 평가를 전달. 작은 동물 연구와 인간 사이 변환을 증가, 우리의 목표는 쥐 모델에서 인간의 세포종의 치료를 모방 했다. 전 임상 설정에서 더 정확한 조사를 활성화 하려면 최근, 정밀 이미지 유도 작은 동물 방사선 연구 플랫폼은 개발 되었다. 마찬가지로 인간의 계획 시스템, 치료 이러한 마이크로-균 장치에 계획은 컴퓨터 단층 촬영 (CT)에 기반. 그러나 CT에 낮은 소프트-조직 대비 매우 어려운 뇌 등 특정 조직에서 목표를 지역화 하는. 따라서, CT에 비해 소프트-조직 대조는, 자기 공명 영상 (MRI), 통합 것 가능 방사선에 대 한 대상의 더 정확한 묘사 지난에서 10 년간 또한 생물 학적 영상 기법, 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 등 방사선 치료 치료 지침에 대 한 관심을 얻었다. 애완 동물 예를 들면, 포도 당 소비, 아미노 산 수송, 또는 저 산소 증, 종양에의 시각화 수 있습니다. 더 높은 복용량으로 종양의 그 높은 증식 또는 라디오 저항 부분을 대상으로 하는 것은 생존 혜택을 줄 수 있습니다. 이 가설 생물 학적 종양 볼륨 (BTV) 외에 기존의 총 대상 볼륨 (GTV), 임상 대상 볼륨 (CTV), 그리고 계획된 대상 볼륨 (PTV)의 소개로 이끌어 냈다.
겐트 대학교의 전 임상 영상 연구소, 마이크로-irradiator, 작은 동물 애완 동물, 그리고 7 T 작은 동물 MRI 사용할 수 있습니다. 목표는 MRI 기반 조사 및 애완 동물 기반 하위 볼륨 증폭 세포종 쥐 모델에 통합 했다.
Introduction
고급 glioma 성인 현재 치료 modalities에도 불구 하 고 1 년의 메디아 생존에 가장 일반적이 고 가장 공격적인 악성 뇌 종양입니다. 치료의 표준 결합된 외부 빔 방사선 치료 (RT) 뒤 최대한 외과 절제술 및 temozolomide (TMZ), 유지 보수 TMZ1,,23다음을 포함 합니다. 도입 이후 TMZ의 지금 더 보다 15 년 전, 아니 크게 향상이이 종양의 치료에 되었습니다. 따라서, 새로운 치료 전략의 구현 시급 하지만 작은 동물 암 치료 모델 (주로 쥐 및 쥐)에 먼저 조사 해야 합니다. 새롭고 복잡 한 방사선 프로토콜, 가능 하 게 하거나 라디오-보호 에이전트를 조사 하기 위해 방사선 응답 (새로운) 다른 치료 에이전트와 결합의 효능을 조사 하기 위해 종양 방위 쥐 모델을 사용할 수 있습니다. 전 임상 방사선 연구의 가장 큰 장점은 결과 가속된 데이터 항복 설치류의 짧은 수명 때문에 큰 무리를 사용 하 여 제어 실험 조건 하에서 작동 하는 기능입니다. 전 임상 연구 결과 다음 현재 연습4보다 훨씬 빠르고 더 효율적인 방법으로 임상 시험으로 번역 되어야 한다.
작은 동물 방사선 실험 마지막 십 년간에서 일반적으로 달성 되었습니다 고정된 방사선 소스5,,67, 예를 들면, 137Cs, 60Co, 동위 원소, 또는 선형 가속기 MV 엑스레이6,,89,10,11단일 방사선 분야를 적용 하는 인간의 임상 사용을 위한. 그러나, 이러한 장치 서브 밀리미터 정밀도, 작은 동물12필요한에 도달 하지 않습니다. 또한, MV 엑스레이 등을 해 작은 목표를 위해 부적 한 특성 동물 순서 범위와 광속의 입구 지역에서 공기-조직 인터페이스에 복용량 구축 크기 자체4,6 ,,89,,1011. 후자 네요 주변 정상 뇌 조직4,,89,10,11을 살려주는 동안 종양에 일정 한 복용량을 제공 하는 매우 도전. 따라서, 그것은 여전히 어느 정도 현재 동물 연구는 현대 RT 연습12관련 분명 하지입니다. 이 점에서 최근에 개발 된 3 차원 (3D) 등각 작은 동물 마이크로-균 장치는 3D 이미지 기반 실시간 같은 고급 기술, 강도 변조 방사선 치료 (IMRT) 간의 기술 격차를 해소를 약속 또는 등각 호 인간과 현재 작은 동물 조사4,13에 사용. 이러한 플랫폼 만들기와 복용량 형성을 피하기 위해 날카로운 penumbras 얻기 위해 kilovoltage (kV) x 선 소스의 사용. 이러한 플랫폼 포함 위치, kV는 동물에 대 한 컴퓨터 제어 무대 영상 및 방사선 치료, 다양 한 각도 모양 방사선 광속 collimating 시스템에서 방사선 배달 있도록 회전 갠트리 어셈블리에 대 한 x 선 소스 4. 2011 년, 마이크로 irradiator 겐트 대학 (그림 1)의 전 임상 이미징 연구실에 설치 되었다. 이 시스템 현대 인간의 방사선 치료 연습 비슷합니다 이며 전 임상 실험, 다른 치료, 복잡 한 방사선 구성표 및 하위 대상 이미지 기반 부스트 연구와 방사선의 시너지 효과 등의 다양 한 수 있습니다.
이러한 마이크로-균 장치 계획 치료 CT, 인간의 계획 시스템14,15에 기반으로 합니다. CT 영상, 내장 된 x 선 검출기 처리 동안 사용 되는 동일한 kV x 선 튜브와 함께에서 사용 됩니다. CT 영상 그것 정확한 동물 위치 허용와 세분화를 통해 개인 방사선 복용량 계산에 필요한 정보를 제공 하는 데 사용 됩니다. 그러나, 때문에 코네티컷에 낮은 소프트-조직 대비 고급 glioma 같은 작은 동물의 두뇌에서 이미징, 종양 수 없습니다 수 쉽게 구분 된. 멀티 적임 이미징의 따라서 정확한 대상 볼륨 묘사는 필요 하다. MRI CT에 비해 훨씬 뛰어난 소프트-조직 대비를 제공 합니다. 이것은 병 변의 경계에서 볼 수 있듯이 더 비추는 병 변 조직, 주변을 방지를 돕는 대상 볼륨의 훨씬 더 나은 묘사를 시각화를 훨씬 쉽게 그림 24, 16. 추가적인 이점은 MRI 비 이온화 방사선, 전리 방사선을 사용 하는 CT와 달리 사용 하는 것입니다. MRI의 주요 단점은 상대적으로 긴 획득 시간과 높은 운영 비용입니다. 그것은 중요 한 MRI 검사 복용량 계산에 사용할 수 없습니다 너무 미스터 LINACS의 최근 개발으로이 분야에서 진행 되 고 있지만 그들은 필요한 전자 밀도 정보를 제공 하지 않습니다. 따라서, 결합 된 CT/MRI 데이터 집합 (MRI 기반 볼륨)를 대상으로 고 선 량 계산 (CT 기반 전자 밀도)에 대 한 필요한 모두 정보가 포함 된 악성 glioma의 조사 계획에 대 한 선택의 방법입니다.
작은 동물 방사선 및 임상 일과 사이의 격차를 줄이려면 MRI 명확 하 게 해야 마이크로 irradiator의 작업 흐름에 통합 될 MRI와 CT, 사소한 멀리 사이 정확한 등록을 요구 합니다. 이 논문에서는, MRI 기반 3D 등각 방사선 F98 쥐에서 세포종, 토론에 대 한 우리의 프로토콜 이었던17최근 출판.
마이크로-irradiator의 워크플로에서 CT 및 MRI를 통합 하는 것은 작은 동물 조사 연구에 명확한 단계 앞으로, 비록 이러한 해부학 이미징 기술을 대상 볼륨의 전체 정의 항상 허용 하지 않습니다. CT 및 MRI에 두뇌에 있는 병리학 변화 증가 물 콘텐츠 (부 종), 혈액-뇌 장벽 또는 대비 향상의 누설에 의해 특징. 그러나, 콘트라스트 향상 및 MRI T2가 중에 하이퍼 강렬한 지역 되지 않습니다 항상 종양 넓이의 정확한 측정.종양 세포 대비 향상12의 마진 보다 훨씬 발견 되었습니다. 또한, 이러한 기술의 없음 치료 저항 및 종양 재발에 대 한 책임 수 있습니다 종양 내에서 가장 적극적인 부분을 식별할 수 있습니다. 따라서, 분자 이미징 기술 같은 애완 동물 수 있습니다 부가 가치 RT에 대 한 추가 정보 이러한 기술은 생물 학적 경로 vivo에서12,18, 시각화를 사용 하기 때문에 볼륨 정의 대상 19.
2000 년에, 링 외. 로 방사선 치료, 그들은 다차원 등각 방사선 치료20이라고에 지도 해 부와 기능적인 이미지를 통합 하 여 생물 학적 대상 볼륨 (BTV)의 개념을 소개 했다. 이 복용량 예 애완 동물 이미지를 사용 하 여 대상 영역을 비균일 복용량을 제공 하 여 타겟팅을 개선 하는 가능성을 만듭니다. 가장 널리 사용 되는 애완 동물 추적기 종양 준비에 대 한 이며 치료 모니터링 하 응답 fluor-18 (18F) fluorodeoxyglucose (FDG), 포도 당 물질 대사21시각화를 표시 합니다. 머리와 목 암, 이전 연구 나타났습니다 18F FDG 애완 동물의 사용 실제 종양 볼륨의 더 나은 견적을 주도 pathologic 표본, CT 및 MRI22와 비교 하 여 정의 된 대로. 기본 뇌에서 종양, 어디 FDG (FET) 정상적인 두뇌, 최근에 18F-fluoroetthyltyrosine 11C-메티오닌 등 아미노산에서에서 매우 강한 배경 신호 때문에 유용 하지 않습니다, GTV에 대 한 조사 되었습니다. 종종 표시 차이점 아미노 산 애완 동물 및 MRI 기반 GTVs23으로 묘사. 그러나,이 발견의 의미를 조사 하 고 잠재 재판 아직 수행 되었습니다. 이 연구에서 우리는 아미노 산 추적 18F-FET와 hypoxia 추적 18F-fluoroazomycin-arabinoside (18F-아무도) 선택. 18 F-FET와 18F-아무도 선정 됐다 증가 산 성 아미노산 통풍 관은 GB 종양의 확산 속도와 강한 상관 관계가 있기 때문에 반면 hypoxia 애완 동물 추적기의 통풍 관은 저항 (화학) 방사선 치료18 을 연관 , 23. 쥐에서 F98 기가바이트 종양의 애완 동물 정의 부분에 추가 방사선 복용량을 제공 하 여 최적화 되었다 서브 볼륨 증폭 마이크로-irradiator를 사용 하 여.
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Protocol
연구 (ECD 09/23 및 ECD 12/28) 동물 실험 윤리 위원회에 의해 승인 되었다. 모든 상업 정보 테이블의 자료에서 찾을 수 있습니다.
1. F98 기가바이트 쥐 세포 모델
- Monolayers Dulbecco의 수정된이 글 매체, 10% 송아지 혈 청, 1% 페니실린, 1% 스, 1 %L-글루타민, 그리고 0.1% 암포 b를 사용 하 여, ATCC에서 얻은 F98 기가바이트 셀 문화 그리고 CO2 인큐베이터 (5% CO2 와 37 ° C)에.
- Glioma 셀 여성 피셔 F344 쥐 (몸 무게 170 g)의 뇌에 접종
- 불 임 악기를 사용 하 고 항상 멸 균 장갑 착용.
- 인슐린 주사기 (1 mL, 29 G) 74 mg/kg 케 타 민 및 11 mg/kg xylazine intrapertioneally (IP)의 혼합물을 주입 하 여 쥐를 anesthetize. 다리의 철수 반사 반응의 부재는 anesthetization를 확인 합니다. 쥐 코와 귀에 대 한 고정 포인트를 사용 하 여 정위 적 장치에 고정 장소 carbomer 눈 마 취에서 눈의 건조를 방지 하기 위해 젤.
- 두개골의 뒤에 눈 수준에서 쥐를 면도 하 고 povidone-요오드와 함께 피부를 소독.
- 2 cm의 중간 선 두 피 절 개를 통해 두개골 고 게 2.5 m m를 1 m m 구멍 (다이아몬드 드릴) 2mm 후부 측면 bregma 바로 정면에서.
- Stereotactically 가이드 인슐린 바늘 (29 G)를 삽입 하 고 삽입 5 µ L 세포 현 탁 액 (20000 F98 기가바이트 셀) 3 m m microsyringe 펌프 컨트롤러를 사용 하 여 깊은 (설정: (I50) 주사, 1 nL/s (001 SDN) 비율).
- 주사기를 천천히 철회 하 고 뼈 왁 스로 절 개를 닫습니다. 피부를 봉합 하 고 povidone-요오드 소독.
- 빨간 램프를 사용 하 여 수술 후 동물의 체온을 안정. Sternal recumbency를 유지 하기 위해 충분 한 의식 회복 될 때까지 쥐의 각을 모니터링 합니다. 완전히 복구 될 때까지 다른 동물의 회사에는 동물을 반환 하지 않습니다. 음식과 물 광고 libitum(정상 명암 주기 12 h, 20-24 ° C, 및 40-70% 상대 습도) 환경 제어 조건 하에서 모든 동물 유지. 자신의 몸 무게, 음식, 물 섭취 량, 그리고 그들의 활동 및 정상적인 동작을 모니터링 하 여 동물을 밀접 하 게 수행 되었는지 확인 합니다. Pentobarbital 나트륨의 치명적인 복용량을 사용 하 여 20% 체중의 감소를 관찰 하는 경우 또는 정상 동작 (예를 들어, 손질의 부족) 심각 하 게 악화 하는 때 (160 mg/kg) 동물을 안락사.
2. 종양의 성장 확인
참고: 종양 성장 8 일 후 접종 MRI T2-가중치, 동적 대비 강화 된 MRI (DCE-MRI) 대비 향상 된 T1 가중치 MRI를 사용 하 여 평가 합니다. 종양에는 2.5 x 2.5 x 2.5 m m3의 크기에 도달 하면, 치료에 대 한 쥐를 선택 합니다.
- 첫째, 측면 꼬리 정 맥에 정 맥 배치는 60 cm 긴 관에 30g 바늘을 연결 합니다. 2 %isoflurane 산소 (0.3 L/min)와 혼합을 통해 코 쥐를 anesthetize. 쥐 철수 반사는 사지의에 응답 하지 않는 때 anesthetization를 확인 합니다. 열띤된 담요로 쥐를 커버 하 고 MRI 침대에 그들을 배치. 건조를 방지 하기 위해 carbomer 아이 젤을 사용 합니다.
- 고정된 쥐 뇌 표면 코일 홀더에 침대를 놓고 침대 72 m m 쥐 전신 송신기 코일에 위치.
- 로컬라이저 스캔 뒤에 종양의 성장을 평가 하 스핀 에코 T2 가중치 검색을 수행 합니다. T2-MRI 순서 세부 사항: TR/테 3661/37.1 ms, 109 µ m 등방성에 평면 해상도, 슬라이스 두께 600 µ m, 4 평균, TA 9 분 45 s.
- T 2가 중 수집에 종양을 확인 하는 경우 정 맥 배치 튜브 (MRI 대비 에이전트, 0.4 mL/kg)에 가돌리늄 포함 된 대조 대리인 주사 30 DCE MRI 수집의 시작 s. 총 (플래시) 시퀀스는 단일 슬라이스 (슬라이스 두께 1 m m)에 빠른 낮은 각도 사용 하 여 12 분 동안 DCE MRI를 취득 합니다. (312 µ m2)의 평면에 공간 해상도 1.34의 시간적 해상도 사용 하 여 s.
- 이미지 시퀀스 분석 도구를 사용 하 여 시간이 지남에 따라 신호 강도 의심된 종양 지역 내 관심 (ROI)의 영역을 선택 합니다. 그 후, 세포종 (그림 3)의 존재를 확인 결과 DCE 곡선의 모양을 분석 합니다.
- 마지막으로, 인수 대비 향상 된 T1 가중치 스핀-에코 시퀀스. T1-MRI 순서 세부 사항: TR/테 1539/9.7 ms, 117 µ m 등방성에 평면 해상도, 슬라이스 두께 600 µ m, 3 평균, TA 4 분 15 s. 전형적인 대비 향상 된 T1 가중치 미스터 이미지 그림 2에 표시 됩니다.
- T1-가중치 시퀀스 마무리 후 동물 수 일어나 지속적인 감독 하에 전체 의식 회복 될 때까지.
3. 대상 볼륨 선택 multimodality 이미징
참고: MRI 기반 3D를 수행 수 F98 기가바이트 쥐의 등각 방사선 애완 동물 기반 하위 볼륨 증폭, 이미징 형식 수행할 필요가 3와 모델입니다. 첫째, radiotracer, 주입 후 MRI를 수행할 추적 통풍 관 동안 수행 이후 정적 애완 동물 수집 및 치료 계획 ct.
- 코 콘을 사용 하 여 2 %isoflurane 산소 (0.3 L/min)와 혼합 된 동물 anesthetize 쥐 철수 반사는 사지의에 응답 하지 않는 때 anesthetization를 확인 합니다. 마 취에서 건조를 방지 하기 위해 carbomer 아이 젤을 사용 합니다.
- 꼬리 정 맥에 카 테 터 (26 G)를 삽입, 200 µ L 염 분에 녹아 37 애완 동물 MBq 방사성 추적 프로그램의 주입을 사용 합니다. 각각 18F-FET 또는 18F-아무도, 30 분 또는 2 h 애완 동물 수집, 하기 전에 주사.
- 애완 동물 수집 하기 전에 15 분 카 테 터를 사용 하 여 꼬리 정 맥에 MRI 대비 에이전트 (0.4 mL/kg)를 정 맥 주사.
- 쥐에는 사내 multimodality 침대를 만들어 놓고 이미징 및 마이크로 조사 (그림 1) 동안 고정된 위치를 유지 하는 후크 및 루프 패스너를 사용 하 여 보안.
- 아래, 위, 및 두개골의 오른쪽에 3 개의 multimodality 마커 (물으로 채워진 모 세관)을 수정 합니다. 쥐, 여전히 MRI 스캐너의 동물 소유자에서 multimodality 침대에 고정 배치, 쥐 뇌 표면 코일을 해결 하 고 72 m m 쥐 전신 송신기 코일에서이 설정의 위치. 대비 향상 된 T1 가중치 스핀-에코 시퀀스 다음 지역화 스캔을 수행 합니다.
- 18F-FET 또는 18F-아무도 애완 동물 수집을 수행 하기 위해 동물을 전송 합니다. 목록 모드에서 30 분 정적 애완 동물 검사 취득. 스캔 해야 18F-아무도 주입 후 18F-FET 주입 후 또는 2 시간 중 30 분을 인수.
4. 실시간 치료 계획
- 전 임상 치료 계획 치료 계획 시스템 (PCTPS)를 사용 합니다. PCTPS로 계획 CT를 가져오고 3 개의 다른 조직 클래스로이 CT 이미지를 수동으로 세그먼트: 뼈, 부드러운 조직, 그리고 공기. 이 수동 구분 계획 중부에 3 개의 다른 회색 값 임계값을 정의 기반 뇌에 공기는 결 석 하 고 두개골의 그 뼈 두께 0이 아닌 이러한 수동으로 선택한 회색 값 임계값을 선택 합니다. 일단이 임계값을 정의 하면 재료 밀도 뼈, 부드러운 조직, 그리고 공기 (그림 4)에 대 한 PCTPS에 의해 할당 됩니다.
- MRI 지도 필요 하는 경우에 MRI 스캔을 로드 하 고 공동 계획 CT는 PCTPS를 사용 하 여 등록.
- (3 개의 번역 및 3 개의 회전) 강 체 변환을, multimodality 마커 및 두개골을 사용 합니다. 정확한 fusion 오버레이하여 두개골의 증가 신호 강도 CT, MRI에 검은 신호, 수 달성 (그림 5).
- T1-가중치 MRI에 대비 향상 종양의 센터에서 방사선에 대 한 대상 선택 그림 6 과 그림 7을 참조 하십시오.
- 애완 동물 정보를 추가 포함 되어야 합니다, 생물 의학 이미지 정량화 소프트웨어 (BIQS)를 사용 하 여 CT/MRI/애완 동물 공동 등록을 포함 합니다.
- 애완 동물/MRI 이미지 퓨전 (그림 8)을 달성 하는 BIQS에서 컨투어링 도구를 사용 합니다. 공동 등록 후 BIQS (그림 9)에서 증가 애완 동물 추적기 통풍 관의 센터에서 대상을 선택 하 고 다음 변환을 사용 하 여 PCTPS에 좌표를 수동으로 입력 하는 방법: X → X, Y → Z, 그리고 Z → Y.
- 소정의 복용량, 호, 호 위치, 회전 범위 호와 겨냥 틀 크기 (그림 10)의 수를 선택 합니다.
- MRI 기반 실시간에 대 한 다음 설정을 사용 하 여: 20 Gy, 120 °의 아크 회전-45 °, 0 °, 45 °의 각 소파와 5 x 5 mm의 겨냥 틀 크기에 위치 3 호 소정의 복용량.
- 애완 동물 MRI 유도 하는 RT에 대 한 다음 설정을 사용 하 여: 3 호와 5 x 5 mm 겨냥 틀 및 여분의 5 Gy를 사용 하 여 하위 볼륨 증폭 3 비 동일 평면 호 및 1 x 1 m m 겨냥 틀을 사용 하 여 20 Gy의 소정의 복용량. 소파 (-45 °, 0 °, 45 °)의 위치를 변경 하는 동안 모든 호에 대 한 120 °의 회전을 선택 합니다.
- 동물과 PCTPS를 사용 하 여 대상에 소정의 복용량을 전달 하기 위해 빔 배달 매개 변수 내에서 복용량 분산을 계산 합니다. 실제 조사 하기 전에 조사 하는 동안 어떤 충돌을 방지 하기 위해 다른 소파 위치에서 원호 회전 테스트.
- 실제 조사에 대 한 0.15 m m 구리 필터 선택, 220 x 선 전압 설정 kV, x-선 설정 13 엄마, 그리고 위치는 미사일 구조물에 오른쪽 겨냥 틀을 현재. 마이크로-irradiator에는 PCTPS에서 적절 한 빔 배달 매개 변수를 전송 하 여 RT를 실행 합니다.
- 이 절차 동안, 쥐 연속 isoflurane 마 취 유지 (산소와 혼합 2% isoflurane 0.3 L/min). 지난 호 실행 동물 수 일어나 지속적인 감독 하에 완전 한 의식 회복 될 때까지.
5. 복용량 볼륨 히스토그램 (DVHs)
참고: 종양 대상 볼륨와 주변 정상 뇌 조직에 전달 하는 실제 복용량을 비교 하려면 DVHs 계산 합니다.
- T1-가중치 대비 강화 된 씨 이미지에 평균, 최대 및 최소 복용량 (그림 11)을 계산 하는 볼륨의-관심 (목소리 야) 종양과 정상 뇌 주위를 그립니다.
- 최대한, 의미 및 종양 볼륨 및 정상 뇌 조직 볼륨에 최소한의 복용량에 대 한 대리로 서 D2와 D50, D90을 계산 합니다. D x 받은 복용량에 대 한 의미는 볼륨의 %는 첨자로 표시 및 결과 DVH에서 파생 될 수 있다.
6. TMZ와 가짜 화학 요법
- 세포종 환자에서의 치료, 모방을 수 반하는 화학 요법 방사선24, 의 일에 시작 하는 5 일 동안 하루에 한 번 25 %dimethylsulfoxide (DMSO)와 식 염 수에 용 해 TMZ 29 mg/kg의 IP 주사를 사용 하 여 관리 25. 사용 1 mL, 29 G 인슐린 주사기 주입을 관리.
- 컨트롤 그룹에 대 한 단계의 6.1 TMZ 없이 주입을 관리 합니다.
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Representative Results
전 임상 모델에서 세포종의 방사선에 대 한 인간의 치료 방법론을 모방, MRI 유도 방사선 치료의 포함이 필요 했다. 사용 하는 PCTPS 마이크로 irradiator 인터페이스 여러 멀 비 같은 호 T1 가중치 MRI17에 대비 강화 지역 타겟팅과 쥐에서 F98 세포종을 비추는 수 있었습니다. 멀티 모달 침대와 함께에서 고정-바디 변환 MRI 및 ct. 계획 사이 이미지 등록을 위해 사용 되었다 방사선에 대 한 isocenter T1 가중치 MRI (그림 7)에 대비 향상 된 종양의 센터에서 선정 되었다.
5 다른 동물 (그림 12) 복용량 배포판 및 대상 볼륨 및 정상 뇌 조직 볼륨의 평균, 최소, 및 최대 복용량의 누적 DVHs 계산 했다. 임상 방사선 프로토콜 및 최적의 복용량 배포와 유사성을 바탕으로, 3 개의 비 동일 평면 호를 사용 하 여 복용량 계획 선정 되었다. 후자 적용, 대상 볼륨의 90%는 정상 뇌 조직17에 복용량을 최소화 하면서 원하는 복용량을 받았다.
F98 쥐 세포종 모델의 MRI 기반 방사선의 타당성을 확인 한 후 우리는 애완 동물 기반 하위 볼륨 증폭 RT 계획에 대 한 전 임상에 통합 하려고. 우리 3 이미징 형식, 결합 수 MRI, 그리고 애완 동물, 먼저 수행 되었고 마침내 쥐 동안 CT 사내 만든된 multimodality 침대 (그림 1)에 고정 됩니다. 이러한 형식은의 공동 등록, 엄밀한 일치 (그림 8)에 대 한 더 많은 도구를 사용 하면 BIQS 사용 했습니다. 간단한 변환 적용, 모두는 미스터 기반와 애완 동물 기반 isocenter (그림 9)는 PCTPS로 옮겨질 수 있었다. 그림 13, MRI와 방사선 복용량은 PCTPS에서 계산 후에 대 한 애완 동물 기반 isocenter 모두 표시 됩니다. 전체 대비 강화 볼륨을 비추는 우리는 5 x 5 겨냥 틀을 선택 하 고 3 호 120 ° 회전. 18F-FET 애완 동물에 가장 metabolically 활성 종양 부분 또는 18F-아무도 애완 동물에 가장 hypoxic 종양 부분을 증폭, 5 Gy의 복용량은 선택 하 고 1 m m 직경의 겨냥 틀을 사용 하 여 전달. 다시, 3 호 120 ° 회전 적용 됩니다.
그림 1: 마이크로 irradiator 통합 kV x 선 관, 회전 받침대, 컴퓨터 제어 로봇 무대, 모양 광속, collimating 시스템 및 평면 패널 CT 검출기. 동물 이어서 이미지 퓨전. 을 용이 하 게 계획 CT MRI 스캔 등 여러 이미지 획득 사이 움직임을 방지 하기 위해 4 m m 두께 PVC multimodality 침대에 배치 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 세포종 확인. T1-가 중 MRI, MRI T2-가중치 및 DCE-MRI F98 기가바이트 쥐의. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: DCE 곡선. 이미지 시퀀스 분석 도구를 사용 하는 투자 수익을 선택할 수 있습니다 시간이 지남에 따라 신호 강도를 DCE MRI 스캔. 그 후, 분석 결과 DCE 곡선의 모양 세포종의 존재를 확인 할 수 있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: CT 세분화. CT에 따라 세분화 수동으로 폐 조직, 지방 조직, 뼈, 그리고 이미지 내의 다른 조직에서 공기를 정확 하 게 구별 임계값 값의 수를 정의 하 여 수행 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5: MRI CT 융합. 오버레이하여 두개골의 증가 신호 강도 CT, MRI에 검은 신호, 정확한 퓨전을 얻을 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6: 콘 빔 ct. 아니 종양 CT, 종양의 센터에 있는 isocenter를 선택 불가능에 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7: T1-가중치 MRI 대비 향상. 대비 향상 된 T1 중 MRI는 명확 하 게 쥐 F98 뇌종양을 시각화. 대비 향상의 중심 RT 계획 isocenter로 선택 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 8: MRI-애완 동물 퓨전. 컨투어링 도구는 BIQS 사용 하 여, 애완 동물/MRI 이미지 퓨전이 이루어집니다.이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 9: MRI-애완 동물 대상 선택. 방사선에 대 한 대상 T1 가중치 MRI (왼쪽)에 대비 증진의 중심에서 선택 됩니다. 서브 볼륨 증폭을 위한 대상 18F-FET 애완 동물 (오른쪽)에 증가 신호의 중심에서 선택 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 10: 방사선 치료 계획. 방사선 치료 계획을 계산 하려면 isocenter, 처방 복용량, 호, 호 위치, 회전 범위 호와 겨냥 틀 크기의 수를 선택 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 11: DVH 계산. T1-가중치 대비 강화 된 씨 이미지에이 볼륨 내에서 DVH를 계산 하는 볼륨의-관심 (목소리 야) 종양 주위를 그립니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 12: 복용량 계획 대비 향상 된 T1 가중치 MRI와 3 비 동일 평면 arcsto를 사용 하 여 대상 볼륨을 20 Gy 제공. 오른쪽에는 누적 복용량 볼륨 히스토그램 (DVH) 대비 향상 된 T1 가중치 MRI에 delineated 정상 뇌 조직과 종양 볼륨의 제공 됩니다. 이 그림 Bolcaen 그 외 여러분 에서 수정 되었습니다. 20 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 13: MRI와 방사선 조사에 대 한 애완 동물 가이드 isocenter 선택. 축, 코로나와 화살 보기에서 CT 이미지 복용량 계획 대상 지역 (노란색 영역)에 20 Gy를 제공 시각 이다. 대비 향상 MRI에 발견 되었다 isocenter 표시 (녹색) 이며 18F-FET 애완 동물 식별 metabolically 활성 종양 부분에 지역화 isocenter는 또한 표시 (빨간색). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
쥐 두뇌에서 세포종 종양 대상의 정확한 조사를 위해 마이크로-irradiator의 내장 된 CT 지도 충분 하지 않았다. 대비 향상을 사용 하는 경우에 뇌종양 때문에 부족 한 연 조직 대비 거의 볼 수 있습니다. 이와 같이, MRI 보다 정확한 조사를 허용 하도록 포함 될 필요가 있다. 두뇌에 대비 향상 종양 조직에 복용량을 대상 7 T 시스템 순차적 미스터 수집 수 있었습니다 마이크로 irradiator에 코네티컷 인수를 사용 하 고 복용량 계획 계획 코네티컷을 사용 하 여 계산 이것은 PCTPS17를 사용 하 여 이미지 퓨전과 복용량 계산 후 가능 했다. 그러나, 그것은 MRI는이 프로토콜에 정정 하지 기하학적 왜곡 하는 경향이 마음에 지켜져야 한다. 또한,이 조사 프로토콜 신체의 다른 부분을 번역 하기 전에 추가 연구 필요 하다. 낮은 kV 에너지 광자의 사용으로 인해 정확한 조직 세분화의 중요성을 고려해 야 합니다. 3 조직 클래스로 세분화 쥐 뇌에 충분 한 될 수도, 더 많은 조직 클래스 정확한 복용량 계산을 제공 하는 쥐의 흉부 또는 복 부 지역에 표시 될 필요가 있다. 다른 이미징 시스템 간에 전송 하는 동안 움직임을 피하기 위해, 우리는 했다 (그림 1) 머리의 움직임을 최소화 하는 multimodality 침대의 사용. 그러나 다른 신체 부위, 흉부 또는 복 부 지역에이 프로토콜을 적용 하는 때, 추가적인 노력이 필요 하다. 특히 작은 동물 조사 기관의 호흡 운동 또는 장 교통 영향을 여전히 도전 이다.
애완 동물 기반 하위 볼륨 증폭의 실현, 노동 집약적인 프로토콜에도 불구 하 고 또한 표시 했다. 애완 동물, 같은 핵 이미징 기술의 이점을 매우 metabolically 활성 또는 방사선 내성 부분의 종양을 대상으로 수 있는 종양, 내이 이미지를 기능입니다. 우리는 각각 18F-FET 애완 동물 또는 18F-아무도 애완 동물를 사용 하 여 종양의 가장 생물학적으로 활성 또는 가장 hypoxic 지역에 특히 표적으로 복용량을 증가 시킬 수 있었다. 프로토콜의 중요 한 단계는 이미지 공동 등록입니다. 현재, 소프트웨어는 자동으로 공동 등록 전 임상 MRI 또는 CT 애완 동물 이미지와 함께 충분히 높은 정확도와 재현성을 수 있습니다. 일반적으로, 신경 종양학에 애완 동물 추적기 등록 과정을 복잡 하 게 정상적인 두뇌에 낮은 통풍 관을 표시 합니다. 세 가지 이미지 형식 (CT/MRI/PET)의 융합에 대 한 우리는 BIQS 보다는 현재 여러 이미지 형식을 쉽게 결합 하 여 개발 하지 PCTPS 선호. 또한, BIQS는 엄격한 일치를 위한 더 많은 스마트 도구 있다. 주요 도움말도 다른 이미징 인수 사이 동물의 움직임을 방지 하는 멀티 모달 침대의 사용 이다. 그러나, 수동 공동 등록 시간이 소요 하 고 동물의 마 취 시간을 증가 시킵니다. 일단 이미지 등록 달성는 PCTPS에는 BIQS에서 좌표를 수출 했다 가능한 대상 좌표에 간단한 변화를 적용 하 여.
그것은 뿐만 아니라 중요 하다 정확 하 게 대상 (생물) 종양 볼륨: 뿐만 아니라 계정으로 이동 하는 주변 정상 뇌 조직의 살려주는. 후자는 종종 현재 동물 방사선 치료 실험에 소홀히 하지만 또한 임상 관련 모델을 만들기 위해 매우 중요 하다입니다. 이것은 여러 비 코 호를 적용 하 여 달성 되었다. 우리의 지식을 하려면, 작은 동물에 여러 호 두개골 방사선 조사 전에 결코 적용 되었다. 빔 사용법 관련 임상 이미지 기반 등각 RT와 닮 았을 닫고 정상적인 조직 그것의 일부분을 받을 동안 대상 아크 치료의 사용으로 인해 소정의 복용량, 궁극적으로 수신이 방법론에서입니다. 따라서, 첫 번째 단계는 전 임상 및 임상 실시간 기술17사이의 격차를 최소화 하기 위해 이루어집니다. 이 마이크로-irradiator의 한계는 갠트리 회전 120 °로 제한입니다. 정상 뇌 조직 종양 대상 주변을 살려주는 증가 더 아크 회전 소파 위치에 변화를 결합.
이 방법론은 방사선 치료 지침에 대 한 생물 학적 이미징 modalities의 포함을 향한 중요 한 단계입니다. 그러나, 새로운 개발 전 임상 응용 프로그램에 숫자 (DPBN)에 의해 복용량 그림을 통합 하 고 전 임상 이미지 퓨전을 단순화 하기 위해 필요 하다. 현재 마이크로-irradiator를 사용 하 여, 우리는 지금 서브 볼륨 증폭; 적용할 수 그러나, DPBN 불가능 아직 복용량 계산, 갠트리 회전, 및 겨냥 틀 디자인 제한 때문. 마지막으로, 개발의 압축 전 임상 애완 동물 스캐너를 제공 하는 서브 밀리미터 공간 해상도 유망26 이며 이러한 장치 애완 동물 작은 동물 방사선 플랫폼으로 통합 하는 매우 우아하고 솔루션을 제공할 수 있습니다.
우리는 결합 된 MRI 및 애완 동물 가이드 방사선 및 화학 요법 세포종 쥐 및 미래 연구 세포종에 대 한 새로운 치료제에 대 한의 대 한이 모델의 적용을 설명 했다. 또한, 애완 동물 기반 하위 볼륨 증폭의 응용 프로그램 작은 동물 암 모델의 방사선 치료 계획에 BTV의 향한 첫 번째 단계입니다.
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Disclosures
저자는 공개 충돌의 관심을가지고
Acknowledgments
저자는 Stichting 루카 Hemelaere와 미스 인터내셔널이이 작업을 지원 하기 위한 감사 하 고 싶습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| GB RAT model | |||
| F98 Glioblastoma cell line | 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 |
| Micropump system | World Precision Instruments | UMP3 | Micro 4: https://www.wpiinc.com/products/top-products/make-selection-ump3-ultramicropump/#tabs-1 |
| Stereotactic frame | Kopf | 902 | Model 902 Dual Small Animal Stereotaxic frame |
| diamant drill | Velleman | VTHD02 | https://www.velleman.eu/products/view/?id=370450 |
| Bone wax | Aesculap | 1029754 | https://www.aesculapusa.com/products/wound-closure/hemostatic-bone-wax |
| Insulin syringe Microfine | Beckton-Dickinson | 320924 | 1 mL, 29G |
| InfraPhil IR lamp | Philips | HP3616/01 | |
| Ethilon | Ethicon | 662G/662H | FS-2, 4-0, 3/8, 19 mm |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cell culture | |||
| DMEM | Invitrogen | 14040-091 | |
| Penicilline-streptomycine | Invitrogen | 15140-148 | |
| L-glutamine | Invitrogen | 25030-032 | |
| Fungizone | Invitrogen | 15290-018 | |
| Trypsin-EDTA | Invitrogen | 25300-062 | |
| PBS | Invitrogen | 14040-224 | |
| Falcons | Thermo Scientific | 178883 | 175 cm2 nunclon surface, disposables for cell culture with filter caps |
| Cell freezing medium | Sigma-aldrich | C6164 | Cell Freezing Medium-DMSO, sterile-filtered, suitable for cell culture, endotoxin tested |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Animal irradiation | |||
| Micro-irradiator | X-strahl | SARRP | |
| software for irradiation | X-strahl | MuriPlan | pre-clinical treatment planning system (PCTPS), version 2.0.5. |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Small animal PET | |||
| microPET system possibility 1 | Molecubes | B-Cube | http://www.molecubes.com/b-cube/ |
| microPET system possibility 2 | TriFoil Imaging, Northridge CA | FLEX Triumph II | http://www.trifoilimaging.com |
| PET tracers | In-house made | 18F-FDG, 18F-FET, 18F-FAZA, 18F-Choline | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Small animal MRI | |||
| microMRI system | Bruker Biospin | Pharmascan 70/16 | https://www.bruker.com/products/mr/preclinical-mri/pharmascan/overview.html |
| Dotarem contrast agent | Guerbet | MRI contrast agent, Dotarem 0,5 mmol/ml | |
| rat whole body transmitter coil | Rapid Biomedical | V-HLS-070 | |
| rat brain surface coil | Rapid Biomedical | P-H02LE-070 | |
| Water-based heating unit | Bruker Biospin | MT0125 | |
| 30 G Needle for IV injection | Beckton-Dickinson | 305128 | 30 G |
| PE 10 tubing (60 cm/injection) | Instech laboratories, Inc | BTPE-10 | BTPE-10, polyethylene tubing 0.011 x .024 in (0.28 x 60 mm), non sterile, 30 m (98 ft) spool, Instech laboratories, Inc Plymouth meeting PA USA- (800) 443-4227- http://www.instechlabs.com |
| non-heparinised micro haematocrit capillaries | GMBH | 7493 21 | these capillaries are filled with water to create markers visible on MRI and CT |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Consumables | |||
| isoflurane: Isoflo | Zoetis | B506 | Anaesthesia |
| ketamine: Ketamidor | Ecuphar | Anaesthesia | |
| xylazine: Sedaxyl | Codifar NV | Anaesthesia | |
| catheter | Terumo | Versatus-W | 26G |
| Temozolomide | Sigma-aldrich | T2577-100MG | chemotherapy |
| DMSO | Sigma-aldrich | 276855-100ML | |
| Insulin syringe Microfine | Beckton-Dickinson | 320924 | 1 mL, 29G |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Image analysis | |||
| PMOD software | PMOD technologies LLC | PFUS (fusion tool) | biomedical image quantification software (BIQS), version 3.405, https://www.pmod.com/web/?portfolio=22-image-processing-pfus |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Anesthesia-equipment | |||
| Anesthetic movabe unit | ASA LTD | ASA 0039 | ASA LTD, 5 valley road, Keighley, BD21 4LZ |
| Oxygen generator | Veterinary technics Int. | 7F-3 | BDO-Medipass, Ijmuiden |
References
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