Summary
Il protocollo qui presentato dimostra la stereotassia al cervello del maiale utilizzando infusioni potenziate dalla convezione, con guida alla visualizzazione della risonanza magnetica (MRI) in tempo reale e visualizzazione della distribuzione dell'infusione in tempo reale.
Abstract
L'obiettivo generale di questa procedura è quello di eseguire la stereotassia nel cervello del maiale con una guida alla visualizzazione della risonanza magnetica (RM) in tempo reale per fornire infusioni precise. Il soggetto è stato posizionato prono nel foro MR per un accesso ottimale alla parte superiore del cranio con il busto sollevato, il collo flesso e la testa inclinata verso il basso. Due perni di ancoraggio ancorati sullo zigomato bilaterale tenevano ferma la testa usando il supporto della testa. Una bobina flessibile di risonanza magnetica (MRI) è stata posizionata rostralmente attraverso il supporto della testa in modo che il cranio fosse accessibile per la procedura di intervento. Una griglia di pianificazione posizionata sul cuoio capelluto è stata utilizzata per determinare il punto di ingresso appropriato della cannula. Il telaio stereotassico è stato fissato e allineato iterativamente attraverso la proiezione del software fino a quando l'errore radiale proiettato era inferiore a 0,5 mm. Un trapano a mano è stato utilizzato per creare un foro di bava per l'inserimento della cannula. Una co-infusione potenziata con gadolinio è stata utilizzata per visualizzare l'infusione di una sospensione cellulare. Le scansioni MRI pesate in T1 ripetute sono state registrate in tempo reale durante il processo di somministrazione dell'agente per visualizzare il volume della distribuzione del gadolinio. La stereotassia guidata dalla risonanza magnetica consente un'infusione precisa e controllata nel cervello del maiale, con monitoraggio simultaneo dell'accuratezza dell'inserimento della cannula e determinazione del volume di distribuzione dell'agente.
Introduction
In questo protocollo, descriviamo l'applicazione di un sistema stereotassico di risonanza magnetica interventistica (iMRI) per il posizionamento della cannula e la visualizzazione in tempo reale delle infusioni nel cervello del maiale. Lo sviluppo di sistemi iMRI consente un posizionamento accurato del catetere1. L'iMRI consente di visualizzare la distribuzione dell'agente di infusione nel cervello dei pazienti in anestesia generale 1,2 per valutare l'accuratezza della procedura in tempo reale.
Il sistema stereotassico guidato da MR è una piattaforma mirata che consente una precisione di puntamento submillimetrica1. Utilizza un dispositivo di puntamento montato sul cranio in combinazione con un software dedicato che fornisce l'imaging anatomico del cervello con traiettorie di inserimento del piombo proiettate e parametri di regolazione. La guida iMRI per l'intervento chirurgico stereotassico al cervello si è dimostrata efficace nelle applicazioni cliniche, come la stimolazione cerebrale profonda nel trattamento della malattia di Parkinson 2,3,4,5, l'ablazione focale per il trattamento dell'epilessia 6,7 e la somministrazione potenziata dalla convezione (CED) di farmaci al sistema nervoso centrale 8,9.
Il metodo CED viene utilizzato per fornire direttamente agenti terapeutici al sistema nervoso centrale utilizzando la convezione dei fluidi. Questo si basa su un piccolo gradiente di pressione idrostatica che consente il flusso di un infuso dalla punta della cannula di infusione nello spazio extracellulare circostante10. I metodi stereotassici sono utilizzati per fornire alte concentrazioni di macromolecole, piccole molecole 11,12, trapianto di cellule13,14,15 o agenti terapeutici nel bersaglio del tessuto cerebrale scelto, aggirando la barriera emato-encefalica. Fattori quali permeabilità, coefficienti di diffusione, contropressione, assorbimento e meccanismi di clearance influenzano la diffusione degli agenti terapeutici16. Questa tecnica utilizza un co-infuso1 a base di gadolinio per la CED clinica, per monitorare l'agente di infusione in tempo reale nel bersaglio parenchimale. Parametri come il volume di distribuzione nel tessuto e la relativa cinetica seguendo l'accuratezza mirata vengono monitorati con iMRI.
Studi CED di agenti infusionali attraverso un sistema stereotassia guidato da MR sono stati studiati in primati non umani, con conseguenti procedure accurate, prevedibili e sicure. È stato dimostrato che l'accuratezza del posizionamento della cannula per infusione raggiunge l'errore di posizionamento sub-millimetrico17. Il sistema fornisce una distribuzione prevedibile dell'infusione, con un aumento lineare osservato del volume di distribuzione con il volume di infusione, portando a una cannula resistente al reflusso introdotta successivamente per le infusioni di CED18. Questa procedura di infusione di iMRI non ha avuto effetti indesiderati nei primati non umani19.
Qui, espandiamo l'applicazione della sterotassia guidata da MR al cervello del maiale, per fornire e monitorare la distribuzione di un agente di infusione costituito da una sospensione cellulare da 300 μL. La dimensione del cervello del maiale consente interventi di imaging e neurochirurgici che possono essere applicati clinicamente agli esseri umani, cosa che non è possibile in modelli animali più piccoli di malattia20. Inoltre, il sistema immunitario del suino produce risposte simili a quelle degli esseri umani in termini di risposte ad agenti biologici o ad altri agenti terapeutici21. Pertanto, lavorare con questa specie animale per procedure di somministrazione stereotassica di farmaci ha implicazioni cliniche traslazionali dirette e può essere logisticamente più facile rispetto alla ricerca sui primati non umani.
Abbiamo usato un modello di maiale (suino domestico, femmina, 25 kg, 14 settimane di età) per la stereotassia guidata da MR. L'implementazione visiva della procedura stereotassica nei suini è riportata in questo studio. Descriviamo gli adattamenti dello spazio per ospitare una testa di maiale, la visualizzazione della procedura sia in video che in immagini e l'imaging RM simultaneo per valutare la distribuzione degli infusibili nel cervello del maiale. La stereotassia guidata da MR è stata eseguita in uno spazio MRI 3T.
Con questo esperimento, il nostro gruppo dimostra le prestazioni della stereotassia guidata da MR nel cervello di maiale e una sequenza temporale di imaging di base per tracciare le infusioni all'interno del cervello. La tecnica generale per la stereotassia clinica eseguita negli esseri umani può essere applicata al cranio e al cervello dei suini.
L'obiettivo generale di questa procedura è quello di eseguire la stereotassia guidata da MR nel cervello del maiale con una guida alla visualizzazione MRI in tempo reale. Ciò si ottiene posizionando prima il soggetto prono nel foro MRI per un accesso ottimale alla parte superiore del cranio. Il secondo passo è pianificare l'inserimento chirurgico con una guida di visualizzazione assistita da risonanza magnetica, che prevede il posizionamento e la scansione di una griglia fiduciale per determinare il punto di ingresso appropriato per una traiettoria pre-pianificata. Ciò è ottenuto con una scansione ad alta risoluzione (1 mm isotropa) pesata in 3D con magnetizzazione T1 preparata eco a gradiente rapido (MPRAGE), in una durata di 7 minuti e 44 s. Successivamente, fissiamo la cornice stereotassica sulla testa e regoliamo l'allineamento in modo iterativo attraverso la proiezione software fino a quando l'errore radiale proiettato è inferiore a 0,5 mm. Le scansioni rapide dell'eco turbo spin 2D (durata di 13 s) con orientamenti obliqui forniscono una guida dell'immagine. Quindi, viene praticata un'incisione sulla pelle e viene utilizzato un trapano a mano per creare un foro di bava per l'inserimento della cannula di infusione alle coordinate predefinite. Il passo finale è monitorare l'infusione con ripetute scansioni MRI pesate in T1 (3D MPRAGE; 1 min 45 s) in tempo reale con co-infusione di gladolinio. I risultati mostrano che la stereotassia guidata da MR consente un'infusione precisa e controllata nel cervello del maiale, sulla base della guida MR in tempo reale e delle successive scansioni MRI 3D MPRAGE pesate in T1 (risoluzione isotropica di 1 mm) utilizzate per visualizzare il volume di distribuzione.
Protocol
Lo studio è stato approvato dall'Institutional Animal Care and Use Committee presso lo Houston Methodist Research Institute, numero di approvazione IACUC IS00006378. Tutti i metodi sperimentali sono stati eseguiti in conformità con le linee guida e i regolamenti nazionali e istituzionali pertinenti.
1. Posizionamento degli animali
- Posizionare il soggetto per un accesso ottimale alla parte superiore del cranio: posizionare il soggetto sul tavolo MRI in preparazione per la risonanza magnetica.
NOTA: Informazioni sull'oggetto: suini domestici, femmina, 25 kg, 14 settimane di età.- Sedare il soggetto con ketamina (600 mg per via intramuscolare [IM]) e midazolam (5 mg IM). Somministrare gli analgesici idromorfone (4 mg IM), carprofen (100 mg per os) e fentanil (25 μg topico), l'antibiotico ceftriaxone (550 mg per via endovenosa [IV]) e NaCl (0,9% IV).
- Intubare il soggetto. Mantenere l'anestesia con isoflurano al 2% -3%.
- Monitorare i segni vitali del soggetto durante tutta la procedura.
- Ventilare meccanicamente a 16-19 respirazioni/min con un ventilatore.
- Posizionare il soggetto sul tavolo MRI in preparazione per le scansioni MRI.
- Posizionare il soggetto in posizione prona con la testa rivolta verso il foro della risonanza magnetica.
- Posizionare una bobina flessibile standard a quattro canali MRI sul supporto della testa.
- Stabilizzare la testa del soggetto con il supporto della testa.
- Sollevare il busto con asciugamani e cuscinetti di schiuma. L'obiettivo è che la testa cada leggermente verso il basso, con il collo flesso e il muso quasi a toccare il tavolo. Ciò contribuirà a garantire che il telaio stereotassico e la cannula di infusione si adattino al foro dello scanner MRI. Ancorare i perni del supporto della testa MRI sullo zigomato bilaterale per mantenere la testa fissata al tavolo MRI.
- Controllare che la parte superiore del cranio sia inclinata verso la parte posteriore dello scanner con il collo flesso. Questa posizione consente al chirurgo di avere accesso alla parte superiore del cuoio capelluto quando il soggetto entra nella risonanza magnetica.
- Una volta impostato, il tavolo MRI viene spostato nel foro dello scanner fino a quando la testa del soggetto raggiunge la fine del foro.
2. Pianificazione dell'inserimento chirurgico con guida alla visualizzazione assistita da risonanza magnetica
- Preparare l'area in modo sterile, facendo attenzione ad evitare che il materiale preparato entri negli occhi del soggetto. Posizionare asciugamani sterili intorno all'area chirurgica. Posizionare un drappo sterile con un'apertura verso la parte superiore del cranio a cui il chirurgo può accedere.
- Posizionare la griglia di pianificazione fiduciale sul cuoio capelluto del soggetto apponendo il lato adesivo della griglia sulla testa del paziente, centrato attorno alla posizione in cui si troverà il foro di bava.
- Staccare lo strato superiore pieno di liquido della griglia mantenendo saldamente lo strato inferiore in posizione.
- Eseguire la risonanza magnetica scout con la griglia impostata. La scansione richiede spesso la somministrazione endovenosa di mezzo di contrasto RM per visualizzare la vascolarizzazione: utilizzare una concentrazione di 1 mmol / ml del mezzo di contrasto gadolinio per un volume di infusione di 2,5 ml.
NOTA: La scansione scout è un'immagine preliminare scattata prima dello studio di imaging definitivo. Lo scopo è che il chirurgo garantisca che l'imaging venga eseguito vicino alla regione di interesse e definisca i confini dell'imaging. La dose raccomandata alla concentrazione di 1 mmol / ml, secondo il produttore, per l'agente di contrasto è di 0,1 ml per chilogrammo che l'animale pesa. - Selezionare la posizione precisa del cervello per l'inserimento della cannula nel software di guida MR.
- Assicurarsi che il software consenta la visualizzazione della traiettoria pianificata dal chirurgo per il posizionamento della cannula, in base al target selezionato. Assicurati che il software produca la visualizzazione della traiettoria e il punto di ingresso corrispondente.
NOTA: Per questo studio, è stato selezionato un sito nella corteccia frontale per colpire la sostanza bianca. Questo è un luogo in cui molti gliomi umani sorgono e crescono22. È anche un sito preferenziale per la diffusione lungo tratti di sostanza bianca23.
NOTA: Considerare la decisione del chirurgo per un punto di ingresso, un bersaglio e la traiettoria desiderata per ridurre al minimo le trasgressioni piali e sulcali ed evitare i vasi sanguigni. - Regola la traiettoria suggerita, inclusi i punti di ingresso e target desiderati, trascinando manualmente i punti di ingresso e target proiettati nel software per evitare i vasi sanguigni e ridurre al minimo le trasgressioni piali e sulcali. La traiettoria può essere modificata e visualizzata in tre dimensioni.
- Una volta identificata la traiettoria desiderata in base alle preferenze del chirurgo, eseguire il software di guida MR per trovare il punto di ingresso sulla griglia.
- Scorrere la traiettoria pianificata sulla scansione per trovare il punto di ingresso sul cuoio capelluto. Il software specifica le coordinate della griglia in base alla proiezione della traiettoria pianificata sulla griglia.
3. Fissaggio del telaio stereotassico e regolazione dell'allineamento in modo iterativo tramite proiezione software
- Assemblare il telaio stereotassico attorno alle coordinate del punto di ingresso desiderato sulla griglia fissando prima la base con sei viti ancorate all'osso e quattro viti offset.
- Fissare le sei viti ancorate all'osso al cranio sopra la griglia, attraverso il cuoio capelluto. Le sei viti di ancoraggio vengono utilizzate per stabilizzare il telaio stereotassico ed evitare qualsiasi movimento durante la perforazione.
- Fissare le quattro viti di offset situate alla base della torre attraverso la pelle, ancorate al cranio. Agiscono come una forza contraria per stringere le viti ossee centrali, sollevando la base del telaio verso le viti centrali e stabilizzare la base.
- Una volta che la base del telaio stereotassico è sicura, continuare con l'assemblaggio del telaio.
- Eseguire la scansione MRI MPRAGE pesata T1 ad alta risoluzione, un'opzione nel software MRI, con il frame impostato in posizione per catturare i fiduciali del frame e confermare la traiettoria.
- Confermare la traiettoria di inserimento della cannula proiettata desiderata con il software, visualizzando la scansione MRI e la traiettoria pianificata.
- Le successive scansioni MRI 2D turbo spin echo vengono eseguite per confermare l'allineamento del fotogramma con il soggetto una volta che il fotogramma è in posizione. Se c'è un disallineamento tra la posizione corrente del fotogramma e la traiettoria desiderata, il software genera parametri di regolazione.
NOTA: Il software calcola la differenza radiale tra la proiezione della posizione corrente del frame stereotassico e il punto target definito. Questo errore viene utilizzato per calcolare l'errore proiettato, che a sua volta viene utilizzato per calcolare le regolazioni necessarie al fotogramma per ridurlo al minimo.
- Le successive scansioni MRI 2D turbo spin echo vengono eseguite per confermare l'allineamento del fotogramma con il soggetto una volta che il fotogramma è in posizione. Se c'è un disallineamento tra la posizione corrente del fotogramma e la traiettoria desiderata, il software genera parametri di regolazione.
- Eseguire le regolazioni pitch-roll e X-Y ruotando le rotelle, come indicato dai parametri di regolazione dell'uscita nel software.
- Ripetere la visualizzazione MRI della traiettoria abilitata al software ed eseguire regolazioni rotazionali e traslazionali (utilizzando le rotelle per il pollice) della cannula di puntamento, se necessario.
- Utilizzando il software di guida MR, misurare lo spessore del cranio alla traiettoria desiderata e la distanza totale dal cervello.
NOTA: Il software calcola la distanza dalla parte superiore del telaio (avvitato al cranio) al punto di destinazione per stimare la lunghezza totale.
4. Foratura e inserimento della cannula per infusione
- Utilizzare uno scrub allo iodio prima di eseguire l'incisione per prevenire l'infezione.
- Fai un'incisione di 3 cm sul cuoio capelluto, usando un bisturi sotto la cornice stereotassica.
- Impostate il telaio per l'inserimento del trapano eseguendo le regolazioni prima di creare il foro di accesso.
- Rimuovere e sostituire il tubo guida centrale con uno che si adatta a una punta da 3,4 mm per la foratura.
- Assicurarsi che sia presente un assistente per tenere il telaio in posizione mentre il chirurgo esercita con un trapano manuale per aggiungere ulteriore stabilità al telaio.
- Lascia che il chirurgo trapani con un trapano a rotazione manuale per creare un foro di bava di 3,4 mm di diametro.
- Impostare il telaio per il secondo inserimento del trapano per allargare il foro di bava ed evitare collisioni ossee che potrebbero alterare la traiettoria.
- Impostare il trapano con la punta da 4,5 mm; Sostituire il tubo di guida centrale con uno che si adatta a questa punta da trapano più grande.
- Create un foro di bava da 4,5 mm.
- Eseguire una scansione MRI per assicurarsi che la cannula di targeting sia tornata alla traiettoria pianificata, poiché la perforazione attraverso il telaio a volte può spostare la cannula.
- Forare la dura con uno stiletto affilato.
- Inserire la cannula per infusione pre-innescata compatibile con il telaio. Assicurarsi che la cannula abbia una contropressione neutra o positiva costante per limitare l'introduzione di bolle d'aria.
NOTA: il software fornisce una profondità specificata per la destinazione pianificata. - Misurare la profondità sulla cannula per infusione compatibile con telaio stereotassico e utilizzare l'arresto di profondità associato alla cannula. Questo arresto di profondità assicura che la cannula raggiunga la posizione desiderata e non la superi. C'è anche un gruppo di blocco e dock con una vite aggiuntiva per garantire che la cannula rimanga alla profondità desiderata.
5. Monitoraggio dell'infusione con ripetute scansioni MRI
- Eseguire una risonanza magnetica per valutare l'inserimento della cannula nella corretta posizione target nel cervello.
- Iniziare l'infusione dell'agente desiderato come co-infusione con un mezzo di contrasto a base di gadolinio.
NOTA: In questo esperimento, è stata utilizzata una concentrazione di 1 mM di mezzo di contrasto a base di gadolinio, ma potrebbe essere necessario aggiustarla in base all'applicazione. Un totale di 300 μL di volume di infusione è stato somministrato ad una velocità di 10 μL/min, sebbene anche questo possa essere variato. - Eseguire una risonanza magnetica a intervalli di tempo regolari per monitorare l'infusione e il volume di distribuzione dell'agente inserito nella cannula nel cervello, che può essere dedotto a causa della co-infusione di gadolinio.
NOTA: Un'area iperintensa intorno alla punta della cannula indica la presenza del mezzo di contrasto a base di gadolinio. - Al termine dell'infusione, interrompere la pompa.
NOTA: La velocità di infusione utilizzata in questo studio è stata di 30 μL/min, fino a quando il volume di 300 μL della sospensione cellulare è stato completamente infuso. - Lasciare che la cannula rimanga nel cervello per 5 minuti dopo la fine dell'infusione prima di rimuovere la cannula.
NOTA: La cannula per infusione viene generalmente lasciata in posizione per 5 minuti dopo la fine dell'infusione per ridurre il riflusso21,24. - Rimuovere manualmente la cannula attraverso il telaio.
- Rimuovere il telaio dalla testa smontandolo in ordine inverso rispetto a come è stato costruito.
- Chiudere l'incisione con una sutura monocrile 3-0 o 4-0.
- Spegnere l'isoflurano per prepararsi al recupero.
- Estubare il soggetto e consentire al soggetto di riprendersi sotto osservazione da parte del team veterinario.
Representative Results
La posizione del maiale nello scanner MRI fornisce al chirurgo un accesso ottimale per l'intervento e lo spazio per il telaio stereotassico e la cannula di infusione (Figura 1). Il busto del soggetto è stato sollevato con asciugamani e cuscinetti di gommapiuma. Ciò ha permesso alla testa di cadere leggermente verso il basso alla fine del foro MR e quindi ha assicurato che il telaio stereotassico e la posizione di inserimento della cannula di infusione fossero accessibili in modo ottimale per il chirurgo.
La visualizzazione guidata dalla risonanza magnetica consente una pianificazione precisa e l'inserimento di una cannula nel cervello (Figura 2). Il software di guida MR fornisce il punto di inserimento per ottenere la traiettoria desiderata.
Il fotogramma stereotassico è stato scansionato nel software ed è stato regolato per raggiungere efficacemente la posizione desiderata (Figura 3). In questa dimostrazione, è stata scelta una posizione nella corteccia frontale. Una volta impostato il telaio, il software è stato utilizzato per stimare lo spessore del cranio di maiale, la distanza dalla posizione desiderata dalla base del telaio e le regolazioni dei parametri del telaio per raggiungere la posizione desiderata. In questo caso, per la posizione e l'angolo di inserimento selezionati, lo spessore del cranio che la cannula avrebbe attraversato era di 4,7 mm e 4,4 mm dalla superficie interna del cranio alla superficie del cervello (Figura 3A).
Infine, le scansioni MRI interoperatorie iterative dopo l'infusione della cannula hanno mostrato come l'infusione è stata consegnata al tessuto cerebrale (Figura 4). Queste scansioni hanno anche fornito un confronto tra la proiezione della cannula (rettangolo blu) e la traiettoria della cannula proiettata (rettangolo giallo), che mostrano l'efficacia di questa tecnica nel raggiungere la posizione desiderata. Le scansioni MR sono state eseguite a intervalli regolari di 4-6 minuti e finalizzate con scansioni di 10 e 30 minuti. L'infusione potenziata con gadolinio era trattabile in queste scansioni, che fornivano una visualizzazione in tempo reale del volume di distribuzione dell'agente.
Figura 1: Posizione del soggetto sul tavolo della risonanza magnetica. Il busto è sollevato, il collo flesso e la testa inclinata verso il basso. (A) Prima di entrare nel foro MR. (B) Soggetto posizionato attraverso il foro MR per un accesso ottimale alla parte superiore del cranio. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Visualizzazione stereotassia guidata da MR . (A) Visualizzazione della traiettoria pianificata. Il software restituisce la posizione del punto di ingresso nella griglia, posizionata sul cuoio capelluto. (B) Posizione del punto di ingresso sul cuoio capelluto. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 3: Traiettoria di intervento dopo che il telaio è stato fissato sul cranio . (A) Misurazioni della profondità ossea e della distanza dal cervello. (B) Struttura stereotassica sul cranio, con un foro di bava creato con un trapano a mano. (C) Cornice stereotassica e proiezione di ricostruzione 3D sul software. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 4: Time-lapse dell'agente per infusione potenziato con gadolinio. L'area iperintensa intorno alla punta della cannula indica la presenza di gadolinio. Le scansioni RM ripetitive sono state acquisite nel tempo per monitorare il volume di distribuzione dell'agente durante l'infusione: (A) t = 0, (B) t = 4 min, (C) t = 8 min, (D) t = 12 min, (E) t = 20 min, (F) t = 26 min; e dopo la fine dell'infusione: (G) t = 36 min, e (H) t = 60 min. La visualizzazione dell'agente co-infuso avviene dopo 4 minuti. Il rettangolo blu è il posizionamento della cannula misurata, mentre il rettangolo giallo mostra la traiettoria della cannula proiettata. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Discussion
Questo protocollo presenta le prestazioni della stereotassia guidata da MR al cervello del maiale all'interno di una macchina MR 3T con la possibilità di precisione di targeting sub-millimetrica, come raggiunto negli studi precedenti 1,4,17,18,25. Precedenti esperimenti su cadavere con stereotassia guidata da MR hanno mostrato un errore radiale di 0,2 ± 0,1 mm1. In questo rapporto, l'errore di profondità finale rispetto alla traiettoria pianificata era di 1,4 mm a causa della valutazione online e della regolazione della traiettoria da parte dei chirurghi. L'errore di profondità finale era paragonabile ai risultati dell'errore radiale (inferiore a 2 mm) per le implementazioni cliniche delle procedure stereotassiche iMRI nell'uomo26.
Qui, dimostriamo il posizionamento del soggetto sul tavolo della risonanza magnetica, con il tronco sollevato in modo tale che la testa possa cadere leggermente verso il basso e puntare verso l'esterno verso la fine del foro MR. Questo posizionamento della testa è fondamentale per fornire al chirurgo lo spazio per eseguire la procedura. La struttura stereotassica consente un'infusione precisa e controllata in modelli di cervello di maiale. Inoltre, l'imaging MR in tempo reale consente una determinazione accurata del volume di distribuzione. I maiali, come grandi modelli animali per infusioni tracciati in tempo reale nella risonanza magnetica, presentano la possibilità dello studio della somministrazione di farmaci al cervello, della consegna cellulare e di altri agenti di valore traslazionale.
Il maiale ha differenze anatomiche distinte da considerare, rispetto agli esseri umani o ai primati non umani. Man mano che i maiali crescono, la dimensione del corpo nel foro MR diventa una sfida. La forma della testa e del tronco è diversa da quella umana, il che si rivela difficile da accogliere per un accesso ottimale al cervello per il chirurgo, sia per la procedura chirurgica che per l'inserimento della cannula nello spazio esterno al foro RM. Pertanto, è fondamentale posizionare il soggetto in modo che il chirurgo abbia accesso alla testa dalla fine del foro RM.
La differenza nello spessore del cranio tra maiali e umani è un fattore da considerare. In questo protocollo, la visualizzazione iMRI ha permesso una stima precisa dello spessore del cranio per un'efficiente procedura di foratura di bava. Dato l'uso di questi strumenti neurochirurgici minimamente invasivi, il recupero degli animali è stato tranquillo.
La visualizzazione guidata da MR fornisce una guida in tempo reale per l'accesso al cervello del maiale, l'inserimento della cannula e il monitoraggio dell'agente di infusione. È stato riportato che il processo di perforazione, la deformazione dei tessuti e/o l'interruzione dei tratti di sostanza bianca contribuiscono alle difficoltà nella consegna dell'agente al cervello25. Le scansioni RM iterative durante la pianificazione e l'inserimento della cannula offrono la possibilità di piccole regolazioni. Inoltre, i parametri di infusione come la velocità di infusione o l'accuratezza dell'inserimento della cannula potrebbero essere modificati in tempo reale o messi in pausa, come dettato dall'imaging intra-procedurale. Infine, deve essere selezionato un bilancio appropriato del coinfuso a base di gadolinio, per ottenere una chiara valutazione del volume di distribuzione dell'agente.
La sovraconcentrazione del mezzo di contrasto a base di gadolinio potrebbe aver oscurato la sua distribuzione nelle scansioni MRI27, mostrando una macchia nera intorno alla punta della cannula, circondata da un'area iperintensa che mostrava i limiti esterni del volume di infusione. Le riprese disponibili della procedura sono limitate a causa dei vincoli associati alle riprese nello spazio limitato della risonanza magnetica intorno all'area di lavoro del chirurgo. Il filmato intraoperatorio è stato utilizzato per guidare la descrizione del protocollo.
Gli agenti infusionali tramite stereotassia guidata da MR nei suini e in altri modelli animali di grandi dimensioni hanno portato a procedure accurate, prevedibili e sicure. La dimostrazione della stereotassia iMRI nei suini fornisce la base per la scalabilità dei trattamenti di ricerca che hanno un alto valore traslazionale per gli esseri umani. I modelli suini sono stati ampiamente utilizzati per studiare le risposte immunologiche a causa della loro somiglianza con la risposta umana rispetto ad altre specie28. Gli agenti terapeutici somministrati al cervello possono essere studiati nel contesto di un'infusione bersaglio precisa, con l'ulteriore vantaggio della visualizzazione MRI in tempo reale della posizione di infusione, degli aggiustamenti necessari e della valutazione intraoperatoria della sua distribuzione nel tessuto.
Disclosures
SG, EAS, CJK hanno le seguenti informazioni: Impiegato da ClearPoint Neuro.
Tutti gli altri autori non dichiarano conflitti di interesse.
Acknowledgments
Gli autori dichiarano che questo studio ha ricevuto finanziamenti filantropici dalla John S. "Steve" Dunn, Jr. & Dagmar Dunn Pickens Gipe Chair in Brain Tumor Research presso la Houston Methodist. Il finanziatore non è stato coinvolto nella progettazione dello studio, nella raccolta, nell'analisi, nell'interpretazione dei dati, nella stesura di questo articolo o nella decisione di sottoporlo alla pubblicazione.
Questo lavoro è stato finanziato in parte dalla sovvenzione numero RP190587 della Cancer Prevention and Research Initiative (CPRIT) e della Houston Methodist Foundation.
Gli autori ringraziano Vi Phan e Lien My Phan, del Translational Imaging Center dello Houston Methodist Research Institute, per la loro assistenza con l'imaging MR.
Gli autori dichiarano che questo studio ha ricevuto finanziamenti filantropici da Paula e Rusty Walter e Walter Oil & Gas Corp Endowment presso Houston Methodist. Il finanziatore non è stato coinvolto nella progettazione dello studio, nella raccolta, nell'analisi, nell'interpretazione dei dati, nella stesura di questo articolo o nella decisione di sottoporlo alla pubblicazione.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3 Tesla Siemens MAGNETOM Vida | Siemens Healthineers | 70 cm wide-bore 3 Tesla whole body MRI scanner | |
| Four channel flex coil | Siemens Healthineers | Placed ventrally to allow access to the skull | |
| MR Neuro Patient Drape | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-05 | MR Neuro Patient Drape, Marker Pen, Track Ball Cover, Cable Cover |
| MR Neuro Procedure Drape Tapered - Long | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-02-L | MR Neuro Procedure Drape Tapered, Marker Pen, Track Ball Cover |
| MR Neuro Procedure Drape Tapered w/Extension - Long | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-03-L | MR Neuro Procedure Drape Tapered w/Extension, Marker Pen, Track Ball Cover |
| MR Neuro Scanner Bore Drape w/Extension | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-04 | MR Neuro Scanner Bore Drape w/Extension |
| Scalp Mount Base | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SM-01 | Scalp Mount Base and centering too |
| Skull Mount Base | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SK-01 | Skull Mount Base |
| SMARTFrame Accessory Kit | ClearPoint Neuro, Inc | NGS -AK-01-11 | Stylet, Lancet, Peel-Away Sheath (2), Ruler, Depth Stop (2) |
| SMARTFrame Guide Tubes | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-01 | 15 GA Guide Tube, 18 GA Guide Tube and 16GA Guide Tube |
| SMARTFrame Guide Tubes .052” / 18 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-02 | .052” Guide Tubes that fit 18 ga devices (5) |
| SMARTFrame Guide Tubes .060” / 17 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-03 | .060” Guide Tubes that fit 17 ga devices (5) |
| SMARTFrame Guide Tubes .064” / CP Stylet | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-04 | .064” Guide Tubes that fit ClearPoint Stylets (5) |
| SMARTFrame Guide Tubes .068” / 16 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-05 | .068” Guide Tubes that fit 16 ga devices (5) |
| SMARTFrame Guide Tubes .074” / 15 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-06 | .074” Guide Tubes that fit 15 ga devices (5) |
| SMARTFrame MR Fiducial | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-BM-05 | MR Fiducials (5) |
| SMARTFrame Scalp Mount Rescue Screw – Long | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-RS-02 | Short Scalp Mount Rescue Bone Screws (3) |
| SMARTFrame Scalp Mount Rescue Screw – Short | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-RS-03 | Long Scalp Mount Rescue Bone Screws (3) |
| SMARTFrame Skull Mount Rescue Screw | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-RS-01 | Skull Mount Rescue Bone Screws (3) |
| SMARTFrame Thumb Wheel Extension Set. | ClearPoint Neuro, Inc | NGS -TE-01 | Light Hand Controller |
| SmartFrame XG Device Guide, 2.5 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-03 | 2.5-mm Device Guide |
| SmartFrame XG Device Guide, 3.2 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-04 | 3.2-mm Device Guide |
| SMARTFrame XG Drill Guide, 4.5 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-02 | 4.5-mm Drill Guide |
| SMARTFrame XG Drill Guide, 6.0 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-05 | 6.0-mm Drill Guide |
| SMARTFrame XG Exchangeable Device Guides | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-01 | Device Guide, 3.4-mm, Device Guide, 14 GA |
| SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SF-02-11 | Stereotactic Frame, Skull Mount Base, Centering Ring, Dock, Standard Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer |
| SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame, 5 Fr | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SF-02-11-5 | Stereotactic Frame, Centering Ring, Dock, 5 Fr Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer |
| SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame, 7 Fr | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SF-02-11-7 | Stereotactic Frame, Centering Ring, Dock, 7 Fr Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer |
| SMARTGrid MR Planning Grid | ClearPoint Neuro, Inc | NGS -SG-01-11 | Marking Grid and Marking Tool |
| SMARTTip MR Drill Kit, 4.5-mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-DB-45 | 4.5-mm Drill Bit, 3.2-mm Drill Bit, Lancet, Depth Stop, Ruler |
| SMARTTwist MR Hand Drill | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-HD-01 | Hand Drill |
| VentiPAC | SurgiVet | V727000 | Mechanical ventilator |
| Wharen Centering Guide | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-CG-01 | Wharen Centering Guide |
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