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In diesem Artikel

  • Zusammenfassung
  • Zusammenfassung
  • Einleitung
  • Protokoll
  • Ergebnisse
  • Diskussion
  • Offenlegungen
  • Danksagungen
  • Materialien
  • Referenzen
  • Nachdrucke und Genehmigungen

Zusammenfassung

In der Vergangenheit war kleine Tier Bestrahlung in der Regel ohne die Fähigkeit, eine gut abgegrenzte Tumorvolumen Ziel durchgeführt. Ziel war es, die Behandlung von menschlichen Glioblastom bei Ratten zu imitieren. Über eine kleine Tier Bestrahlung-Plattform haben wir MRT-geführte 3D konformalen Bestrahlung mit der PET-basierten Teilvolumen Förderung in einer präklinischen Einstellung durchgeführt.

Zusammenfassung

Jahrzehntelang erfolgte kleine Tier Strahlenforschung meist mittels ziemlich grobe Versuchsaufbauten einfachen Single-Beam-Techniken ohne die Fähigkeit, eine spezifische oder gut abgegrenzte Tumorvolumen Zielen. Die Lieferung der Strahlung wurde erreicht mit festen Strahlenquellen oder Linearbeschleuniger Megavoltage (MV) Röntgenstrahlen produziert. Diese Geräte sind nicht in der Lage, für Kleintiere erforderliche Sub-Millimeter-Genauigkeit zu erreichen. Darüber hinaus hohen Dosen an gesunde umliegende Gewebe behindern Antwort Bewertung geliefert. Um die Übersetzung zwischen kleinen Untersuchungen an Tieren und Menschen zu erhöhen, war unser Ziel, die Behandlung von menschlichen Glioblastom in einem Rattenmodell zu imitieren. Um eine genauere Bestrahlung in einer präklinischen Einstellung zu ermöglichen, wurden vor kurzem Präzision bildgestützten kleine Tier Strahlung Forschungsplattformen entwickelt. Ähnlich wie bei menschlichen Planungssysteme, Behandlungsplanung auf diese Mikro-Bestrahlungsgeräte Computertomographie (CT) beruht. Allerdings macht es wenig Weichgewebe Kontrast auf CT sehr anspruchsvolle Ziele in bestimmten Geweben, wie das Gehirn zu lokalisieren. Daher könnten mit Magnetresonanz-Bildgebung (MRI), die ausgezeichneten Weichgewebe Kontrast im Vergleich zum CT, eine genauere Abgrenzung der Zielvorgabe für die Bestrahlung. In den letzten Jahrzehnt auch biologische bildgebende Verfahren wie die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) gewonnen Interesse für Strahlung Therapie Behandlung Beratung. PET ermöglicht die Visualisierung von z.B., Glukose Verbrauch, Aminosäure Transport oder Hypoxie im Tumor anwesend. Ausrichtung auf die höchst proliferative oder Radio-resistenten Teile des Tumors mit einer höheren Dosis könnte einen Überlebensvorteil. Diese Hypothese führte zu die Einleitung der biologischen Tumorvolumen (BTV), neben der herkömmlichen Brutto Zielvolumen (GTV), klinische Zielvolumen (CTV) und geplante Zielvolumen (PTV).

In der präklinischen imaging Labor der Universität Gent gibt es eine Mikro-Brutapparat, ein kleines Tier Haustier und ein 7 T kleines Tier MRI. Ziel war es, MRT-geführte Bestrahlung und PET-geführte Teilvolumen Steigerung in einem Rattenmodell Glioblastom zu integrieren.

Einleitung

Hochwertige Gliom ist die häufigste und aggressivste bösartigen Hirntumor bei Erwachsenen mit eine mediane Überlebenszeit von 1 Jahr trotz aktuellen Behandlungsmethoden. Die Standardtherapie umfasst maximal chirurgische Resektion, gefolgt von kombinierten externen Strahl Strahlentherapie (RT) und Temozolomid (TMZ), gefolgt von Wartung TMZ1,2,3. Seit der Einführung von TMZ nun mehr als 15 Jahren wurden keine nennenswerten Verbesserungen bei der Behandlung dieser Tumoren. Daher die Umsetzung neuer therapeutischer Strategien ist dringend notwendig aber sollte zuerst in kleine Tier Krebs-Therapie-Modelle (vor allem Mäuse und Ratten) untersucht werden. Tumor-tragenden Nager-Modelle können verwendet werden, zu untersuchen, die Wirksamkeit von neuen und komplexen Strahlung Protokolle, eventuell in Kombination mit anderen (neuen) Behandlungsmitteln, um Strahlung Antwort bewerten oder Radio-Schutz-Agents zu untersuchen. Ein großer Vorteil der präklinischen Strahlenforschung ist die Fähigkeit, unter kontrollierten experimentellen Bedingungen mit großer Kohorten beschleunigte Daten Ausbeute durch die kürzeren Laufzeiten von Nagetieren zu arbeiten. Die präklinische Ergebnisse sollten dann in einer klinischen Studie in einer viel schneller und effizienter Weise als in der aktuellen Praxis4übersetzt werden.

Kleine tierische Strahlung Experimente in den letzten Jahrzehnten in der Regel mit festen Strahlung Quellen5,6,7, z.B., 137erreicht wurden Cs und 60Co, Isotope, oder linear Beschleuniger für menschliche klinische Anwendung, Anwendung einer einzigen Strahlungsfeld mit MV Röntgenstrahlen6,8,9,10,11vorgesehen. Allerdings erreichen diese Geräte nicht Sub-Millimeter Präzision, die für Kleintiere12erforderlich ist. Darüber hinaus haben MV Röntgenstrahlen Eigenschaften ungeeignet für die Bestrahlung von kleiner Objekten, wie z. B. ein Dosis Aufbau an der Grenzfläche Luft-Gewebe in der Region Eingang des Balkens mit einem Umfang in der Reihenfolge des Tieres Größe selbst4,6 ,8,9,10,11. Letzteres macht es ziemlich schwierig, eine einheitliche Dosis auf einen Tumor zu liefern, unter Schonung der umgebenden normalen Gehirn Gewebe4,8,9,10,11. Daher ist es unklar, welche Maße aktuellen tierexperimentellen Studien noch für moderne RT Praxis12relevant sind. In diesem Zusammenhang neu entwickelte dreidimensionale (3D) konforme kleine tierische Mikro-Bestrahlungsgeräte sind viel versprechend, um die technologische Kluft zwischen fortgeschrittenen 3D bildgebende RT Techniken, wie z. B. Intensität-modulierte Strahlentherapie (IMRT) oder winkeltreue Bögen verwendet bei Mensch und aktuelle kleine Tier Bestrahlung4,13. Diese Plattformen machen Gebrauch von einer Kilovoltage (kV) Röntgenquelle, scharfe Penumbras einzuholen und Dosis zu vermeiden. Diese Plattformen umfassen eine computergesteuerte Bühne für Tier Positionierung, ein kV Röntgenquelle für Bildgebung und Strahlentherapie, eine rotierende Gantry Montage erlauben Strahlung Anlieferung aus verschiedenen Blickwinkeln und ein Kollimator System, den Strahl zu gestalten 4. im Jahr 2011 wurde eine Mikro-Brutapparat in der präklinischen imaging Labor der Universität Gent (Abbildung 1) installiert. Dieses System ist vergleichbar mit modernen menschlichen Strahlentherapie-Praxis und ermöglicht eine Vielzahl von präklinischen Experimenten, wie die Synergie von Strahlung mit anderen Therapien, komplexe Strahlung Systeme und bildgebende Sub Ziel Boost Studien.

Behandlungsplanung auf diese Mikro-Bestrahlungsgeräte basiert auf CT, die menschlichen Planung Systeme14,15entspricht. Für CT-Bildgebung ist ein on-Board-Röntgen-Detektor in Kombination mit der gleichen kV Röntgenröhre verwendet, während der Behandlung verwendet wird. CT-Aufnahmen wird verwendet, da es eine genaue Positionierung der Tiere ermöglicht und Informationen, die für einzelne Strahlung Dosis Berechnungen über Segmentierung bietet. Jedoch können nicht aufgrund der niedrigen Weichgewebe Kontrast in CT imaging, Tumoren im Gehirn von Kleintieren, wie hochwertige Gliom, leicht abgegrenzt werden. Die Einbeziehung der multimodale Bildgebung ist daher notwendig für eine präzise Ziel-Volume-Abgrenzung. Im Vergleich zum CT, bietet MRI in beträchtlichem Ausmaß überlegen Weichgewebe Kontrast. Dies macht es viel einfacher, Läsion Grenzen zu visualisieren, die dazu führt, eine viel bessere Abgrenzung der das Zielvolume helfen, besser die Läsion zu bestrahlen und vermeiden umliegendes Gewebe, wie in Abbildung 24, 16. Ein weiterer Vorteil ist, dass MRI nicht-ionisierender Strahlung, im Gegensatz zu CT verwendet, die ionisierende Strahlung verwendet wird. Die wichtigsten Nachteile der MRT sind die relativ lange Aufnahmezeiten und hohe Betriebskosten. Es ist wichtig zu beachten, dass MRI-Scans für Dosis Berechnungen verwendet werden können, da sie nicht die erforderlichen Elektron Dichte Informationen bieten zwar Fortschritte in diesem Bereich auch mit der jüngsten Entwicklung der Herr LINACS gemacht werden. Als solche ist eine kombinierte CT/MRI-Dataset die Methode der Wahl für die Planung der Bestrahlung von malignem Gliom, enthält sowohl die Informationen, die notwendig sind für die Ausrichtung (MRT-basierte Bände) und Dosis Berechnungen (CT-basierte Elektronendichte).

Um die Lücke zwischen kleinen tierischen Bestrahlung und klinische Routine zu verringern, muss MRI eindeutig in die Arbeitsabläufe der Mikro-Brutapparat, integriert werden, erfordern eine ordnungsgemäße Anmeldung zwischen MRT und CT, die alles andere als trivial ist. In diesem Papier, unser Protokoll für MRT-geführte 3D konformalen Bestrahlung von F98 Glioblastom bei Ratten diskutiert wird, veröffentlichte die seit kürzlich17.

Obwohl mit CT und MRT in den Workflow der Mikro-Brutapparat ein deutlicher Schritt nach vorne in der kleinen tierischen Bestrahlung Forschung ist, erlauben diese anatomischen bildgebenden Verfahren nicht immer eine vollständige Definition des Ziel-Volume. Pathologische Veränderungen im Gehirn auf CT und MRI zeichnen sich durch erhöhten Wassergehalt (Ödeme) und Austritt von Blut - Hirn-Schranke oder Kontrastverstärkung. Allerdings sind Kontrastverstärkung und hyper-intensive Bereiche im T2-gewichteten MRT nicht immer ein genaues Maß der Tumor Ausdehnung.Tumorzellen wurden weit über den Rand der Kontrastverstärkung12festgestellt. Darüber hinaus können keine dieser Techniken identifizieren die aggressivsten Teile innerhalb des Tumors verantwortlich für therapeutische Widerstand und Tumor-Rezidiv sein können. Daher zielen Zusatzinformationen aus molekularen bildgebenden Verfahren wie PET einen Mehrwert für RT haben Volumen Definition, weil diese Techniken ermöglichen es den biologischen Wege in Vivo12,18zu visualisieren, 19.

Im Jahr 2000 Konzept Ling Et Al. das der biologischen Zielvolumen (BTV) durch die Integration von anatomischen und funktionellen Bildgebung in der Strahlentherapie Workflow, zu was sie mehrdimensionale konformalen Strahlentherapie20genannt. Dies schafft die Möglichkeit zur Verbesserung der Dosis gezielt durch die Bereitstellung einer ungleichmäßigen Dosis an eine Zielregion mit zum Beispiel PET-Bildern. Die am weitesten verbreitete PET-Tracer für Tumor-Staging und zur Überwachung der Behandlung Antwort ist Fluor-18 (18F) mit der Bezeichnung Fluorodeoxyglucose (FDG), die die Glukose-Stoffwechsel-21visualisiert. Im Kopf-Hals-Tumoren haben frühere Studien gezeigt, dass der Einsatz von 18F-FDG-PET, eine bessere Einschätzung der tatsächlichen Tumorvolumen geführt, definiert durch die pathologischen Proben, im Vergleich mit CT und MRT22. In primäre Gehirn haben Tumoren, wo FDG nicht aufgrund der sehr starken Hintergrund-Signal aus dem normalen Gehirn, Aminosäuren, wie z. B. 11C-Methionin und vor kurzem 18F-Fluoroetthyltyrosine (FET) nützlich ist, untersucht worden für den GTV Abgrenzung mit oft deutliche Unterschiede zwischen den Aminosäuren-PET und MRT-basierte GTVs23. Allerdings wurde noch keine prospektiven Studie untersucht die Bedeutung dieses Befundes durchgeführt. In dieser Studie werden die Aminosäuren-Tracer- 18F-FET und Hypoxie Tracer 18F-Fluoroazomycin-Arabinoside (18F-FAZA) ausgewählt. 18 F-FET und 18F-FAZA wurden ausgewählt, da eine erhöhte Aufnahme der Aminosäure stark mit der Proliferationsrate in GB Tumoren korreliert ist, während Aufnahme von einer Hypoxie PET-Tracer mit Widerstand (Chemo) Strahlentherapie18 korreliert ist , 23. Teilvolumen Steigerung mit Mikro-Brutapparat wurde optimiert, indem eine zusätzliche Strahlendosis zu einer PET-definierten Teil des Tumors F98 GB bei Ratten.

Protokoll

Die Studie wurde von der Ethikkommission für Tierversuche (ECD 09/23 und ECD 12/28) genehmigt. Alle kommerziellen Details finden in Tabelle der Materialien.

(1) F98 GB Rattenmodell Zelle

  1. Kulturzellen Sie die F98 GB, ATCC, erwarb Monolagen mit Dulbeccos modifizierten Eagle Medium, 10 % Kälberserum, 1 % Penicillin, Streptomycin 1 %, 1 % L-Glutamin und 0,1 % Amphotericin B, und legen Sie in eine CO2 -Inkubator (5 % CO2 und 37 ° C).
  2. Die Gliom Zellen im Gehirn von Frau Fischer F344 Ratten (Körpergewicht 170 g) zu impfen.
    1. Nutzen Sie sterile Instrumente und tragen Sie sterile Handschuhe zu, zu allen Zeiten.
    2. Die Ratten durch die Injektion einer Mischungaus aus 74 mg/kg Ketamin und 11 mg/kg Xylazin Intrapertioneally (IP) mit einer Insulin-Spritzen (1 mL, 29 G) zu betäuben. Bestätigen Sie die Anesthetization durch das Fehlen der Reaktion auf den Entzug Reflex der Extremität. Die Ratten in einem stereotaktischen Gerät mit Befestigungspunkten für Nase und Ohren zu immobilisieren. Ort ein Carbomer Auge gel, um Trockenheit der Augen während der Narkose zu verhindern.
    3. Rasieren Sie die Ratte aus Augenhöhe an der Rückseite des Schädels zu und desinfizieren Sie die Haut mit Povidon-Jod.
    4. Setzen Sie des Schädels durch eine Mittellinie Kopfhaut Schnitt von 2 cm aus, und ein 1 mm Loch (Diamantbohrer) 2 mm Posterior und 2,5 mm seitliche zu Bregma in der rechten frontalen Hemisphäre.
    5. Hierbei geführte Insulin Nadel (29 G) und 5 µL Zellsuspension (20.000 F98 GB Zellen) 3 mm tief, mit einer Microsyringe Pumpe Controller zu injizieren (Einstellungen: Spritzen (I50), 1 nL/s (001 SDN) zu bewerten).
    6. Zurückziehen Sie die Spritze langsam, und schließen Sie den Schnitt mit Knochen Wachs. Naht der Haut und mit Povidon-Jod desinfizieren.
    7. Die Körpertemperatur der Tiere nach der Operation mit einer roten Lampe zu stabilisieren. Überwachen Sie das Erwachen der Ratte, bis es ausreichend Bewusstsein zur Aufrechterhaltung der sternalen liegen wiedererlangt hat. Das Tier nicht in die Gesellschaft anderer Tiere bis vollständig erholt zurück. Halten Sie alle Tiere unter ökologisch kontrollierten Bedingungen (12 h normal hell/dunkel-Zyklen, 20-24 ° C und 40-70 % Relative Luftfeuchtigkeit) mit Nahrung und Wasser Ad Libitum. Achten Sie darauf, die Tiere aufmerksam zu verfolgen, durch die Überwachung ihres Körpergewichts, Essen, Wasseraufnahme, und ihre Aktivität und normales Verhalten. Verwenden Sie eine tödliche Dosis Pentobarbital-Natrium, die Tiere (160 mg/kg) einzuschläfern, wenn ein Rückgang von 20 % des Körpergewichts beobachtet wird oder wenn das normale Verhalten (z. B.mangelnde Pflege) stark verschlechtert.

2. Bestätigung des Tumorwachstums

Hinweis: Bewerten Sie Tumor Wachstum 8 Tage nach Impfung mit T2-gewichteten MRT, dynamischen Kontrast-verstärkte MRI (DCE-MRT) und T1-gewichteten MRT Kontrast verstärkt. Wenn der Tumor eine Größe von 2,5 x 2,5 x 2,5 mm3erreicht, wählen Sie die Ratte für die Therapie.

  1. Schließen Sie zuerst eine 30 G-Nadel, ein 60 cm langes Rohr, die intravenös in die seitlichen Schweif Vene gelegt wird. Die Ratten durch ein Prüfkopf mit 2 % Isofluran gemischt mit Sauerstoff (0,3 L/min) zu betäuben. Anesthetization zu bestätigen, wenn die Ratten auf den Rückzug Reflex des Gliedes nicht ansprechen. Decken Sie die Ratten mit einer beheizten Decke und legen Sie sie in das MRI-Bett. Verwenden Sie eine Carbomer-Augen-Gel, um Trockenheit zu verhindern.
  2. Stellen Sie das Bett in die Halterung mit einem festen Ratte Gehirn Oberfläche Spule und positionieren Sie das Bett in einer 72 mm Ratte Ganzkörper Sender Spule.
  3. Führen Sie einen Localizer-Scan, gefolgt von einer T2-gewichtete Spin-Echo-Scan Tumorwachstum zu beurteilen. T2-MRT-Sequenz Details: TR/TE 3661/37,1 ms, 109 µm isotrop in der Ebene Auflösung, Slice Dicke 600 µm, 4 Mittelwerte, TA 9 min 45 s.
  4. Tumor auf die T2-gewichtete Übernahme bestätigt ist, injizieren Gadolinium-haltigen Kontrastmittel in die intravenös platzierten Röhre (MRT-Kontrastmittel; 0,4 mL/kg) 30 s nach dem Start der DCE-MRI-Übernahme. DCE-MRI zu erwerben, während 12 min mit einem schnell-Low-Winkel (FLASH) Sequenz in eine einzige Scheibe (1 mm Schnittstärke) gedreht. Verwenden Sie eine in-Plane-Ortsauflösung von (312 µm2) und einer zeitlichen Auflösung von 1,34 s.
  5. Die Bild-Sequenz-Analyse-Tool wählen Sie aus einer Region of Interest (ROI) innerhalb der vermuteten Tumorregion um die Signalintensität im Laufe der Zeit zu zeichnen. Anschließend analysieren Sie die resultierende DCE Kurvenform bestätigen das Vorhandensein von Glioblastom (Abbildung 3).
  6. Zu guter Letzt erwerben Sie eine Kontrast-verstärkte T1-gewichtete Spin-Echo-Sequenz. T1-MRT-Sequenz Details: TR/TE 1539/9,7 ms, 117 µm isotrop in der Ebene Auflösung, Slice Dicke 600 µm, 3 Durchschnitte, TA 4 min 15 S. typischen Kontrast verstärkt T1-gewichteten MRT-Bilder sind in Abbildung 2dargestellt.
  7. Nach Abschluss der T1-gewichteten Sequenz, kann das Tier unter kontinuierlicher Aufsicht Aufwachen bis es volle Bewusstsein wiedergewinnt.

(3) Multimodalität Bildgebung für die Zielauswahl Volumen

Hinweis: MRT-geführte 3D durchführen können konformalen Bestrahlung der Ratte F98 GB Modell mit PET-geführte Teilvolumen Steigerung, 3 bildgebende Modalitäten müssen durchgeführt werden. Erstens die Radiotracer zu injizieren und führen Sie dann MRT während Tracer Aufnahme, anschließend führen Sie eine statische PET-Akquisition und eine Behandlungsplanung CT.

  1. Die Tiere mit einem Prüfkopf mit 2 % Isofluran gemischt mit Sauerstoff (0,3 L/min) zu betäuben. Anesthetization zu bestätigen, wenn die Ratten auf den Rückzug Reflex des Gliedes nicht ansprechen. Verwenden Sie ein Augengel Carbomer Trockenheit während der Narkose zu verhindern.
  2. Legen Sie einen Katheter (26 G) in die Vene der Schweif, die Injektion von 37 MBq von PET radioaktiver Tracer in 200 µL Kochsalzlösung aufgelöst. Spritzen Sie 18F-FET oder 18F-FAZA, 30 min oder 2 h vor PET Erwerb bzw..
  3. MRT-Kontrastmittel (0,4 mL/kg) intravenös in der Rute Ader mit dem Katheter 15 min vor PET Erwerb zu injizieren.
  4. Die Ratten auf eine hauseigene Multimodalität Bett gemacht und mit Haken und Ösen Verschlüsse, Aufrechterhaltung einer festen Position während der Bildgebung und Mikro-Bestrahlung (Abbildung 1).
  5. Beheben Sie drei Multimodalität Marker (Kapillaren mit Wasser gefüllt), unterhalb, oberhalb und auf der rechten Seite des Schädels. Legen Sie die Ratte immer noch fixiert auf dem Bett Multimodalität, im tierischen Halter von der MRI-Scanner, beheben Sie die Ratte Gehirn Oberfläche Spule zu und positionieren Sie dieses Set-up in einer 72 mm Ratte Ganzkörper-Sender Spule. Führen Sie einen Localizer-Scan, gefolgt von einem Kontrast-verstärkte T1-gewichtete Spin-Echo-Sequenz.
  6. Transportieren Sie das Tier um ein 18F-FET oder 18F-FAZA PET Erwerb durchzuführen. Erwerben Sie einen 30 min statische PET-Scan in List-Modus. Scan sollte entweder 30 min. nach Injektion 18F-FET oder 2 h nach 18F-FAZA Injektion erworben.
Alle PET-Scans in einer 200 × 200 × 64 Matrix durch eine 2D maximale Wahrscheinlichkeit Erwartung Maximierung (MLEM) Algorithmus mit 60 Iterationen und einer Voxel-Größe von 0,5 × 0,5 × 1,157 mm zu rekonstruieren.
  • Legen Sie das Tier immer noch fixiert auf dem Bett Multimodalität, auf einem Kunststoffhalter auf der vier-Achsen Roboter Positionierung Tabelle der Mikro-Brutapparat befestigt. Führen Sie einen hochauflösenden Behandlung Planung CT Scan mit einem Aluminium-Filter von 1 mm und eine 20 x 20 cm (1.024 x 1.024 Pixel) amorphen Si Flachdetektor. Rekonstruieren die CT-Bilder mit einer isotropen Voxel-Größe von 0,2 mm. Fix die Röhrenspannung und Rohr zurzeit 70 kV und 0,4 mA, beziehungsweise. Insgesamt 360 Projektionen über 360° zu erwerben.

    • (4) RT Behandlungsplanung

    1. Verwenden Sie die präklinische Behandlung Planungssystem (PCTPS) für die Behandlungsplanung. Importieren Sie die Planung CT in der PCTPS und manuell segment dieser CT-Bild in drei verschiedenen Gewebe-Klassen: Knochen, weiches Gewebe und Luft. Diese manuelle Segmentierung basiert auf drei verschiedene grau-Wertgrenzen definieren, auf die Planung CT. Diese manuell ausgewählten grau-Wertgrenzen sollte gewählt werden, so dass Luft in das Gehirn fehlt und dass dicke Knochen des Schädels ungleich Null ist. Sobald diese Schwellenwerte definiert sind, werden von der PCTPS für Knochen, weiches Gewebe und Luft (Abbildung 4) Materialdichten zugewiesen.
    2. Wenn nur MRI Anleitung benötigt wird, laden Sie die MRT-Untersuchung und Co mit der Planung CT mit Hilfe der PCTPS registrieren.
      1. Verwendung starrer Körper Transformationen (drei Translationen und drei Rotationen), die Multimodalität Marker und der Schädel. Durch die Überlagerung der erhöhte Signalintensität des Schädels auf CT mit schwarzen Signal im MRT, eine präzise Mischung kann erreicht (Abbildung 5).
      2. Wählen Sie das Ziel für die Bestrahlung in der Mitte des Kontrast steigernde Tumors im T1-gewichteten MRT, siehe Abbildung 6 und Abbildung 7.
    3. Wenn zusätzliche Angaben zum Tier enthalten sein muss, gehören Sie eine CT/MRT/PET-Co-Registrierung mit der biomedizinischen Bild Quantifizierung Software (BIQS).
      1. Verwenden Sie die Konturierung Werkzeug in der BIQS PET/MRT-Bild-Fusion (Abbildung 8) zu erreichen. Nach Co-Registrierung, wählen Sie das Ziel in der Mitte der erhöhte PET-Tracer-Aufnahme in die BIQS (Abbildung 9) und geben Sie die Koordinaten manuell in der PCTPS die folgenden Transformationen zu verwenden: X → -X, Y → Z und Z → -Y.
      2. Wählen Sie die verordnete Dosis, Anzahl der Bögen, Bogen Position, Drehbereich der Bögen und der Kollimator Größe (Abbildung 10).
      3. Für MRT-geführte RT, verwenden Sie die folgenden Einstellungen: eine Dosis von 20 Gy, 3 Bögen am Sofa Winkel-45 °, 0 ° und 45° mit Bogen Rotationen von 120 ° und einem Kollimator Größe von 5 x 5 mm positioniert.
      4. Für PET-MRT-geführte RT, verwenden Sie die folgenden Einstellungen: eine Dosis von 20 Gy mit 3 Bögen und ein 5 x 5 mm Kollimator und zusätzlich 5 Gy für Teilvolumen Steigerung mit 3 nicht-koplanare Bögen und ein 1 x 1 mm Kollimator. Wählen Sie eine Drehung von 120° für alle Bögen beim Ändern der Position von der Couch (-45 °, 0 ° c und 45 °).
    4. Berechnen Sie die Dosisverteilung innerhalb des Tieres und die Strahlparameter Lieferung, die verordnete Dosis an das Ziel mit der PCTPS zu liefern. Testen Sie vor der eigentlichen Bestrahlung die Arc-Drehungen an den verschiedenen Couch Positionen um Kollision während der Bestrahlung zu verhindern.
    5. Für die eigentliche Bestrahlung Kupfer 0,15 mm Filter auswählen, stellen Sie die Röntgen-Spannung auf 220 kV, legen Sie die x-ray aktuelle 13 mA und Position die richtige Kollimator an der Füllstelle. Führen Sie die RT durch die geeignete Strahlparameter Lieferung von der PCTPS auf der Mikro-Brutapparat übertragen.
    6. Während dieser Verfahren wird die Ratte kontinuierliche Isoflurane Narkose gehalten (2 % Isofluran, mit Sauerstoff gemischt 0,3 L/min). Nach der Hinrichtung des letzten Bogens kann das Tier unter kontinuierlicher Aufsicht Aufwachen bis es das volle Bewusstsein wiedererlangt.

    (5) Dosis Volumen Histogramme (DVHs)

    Hinweis: Um die tatsächliche Dosis geliefert, das Zielvolumen Tumor und die umgebenden normalen Hirngewebe zu vergleichen, DVHs berechnen.

    1. Zeichnen Sie ein Volumen-of-Interest (VOI) rund um den Tumor und das normale Gehirn auf die T1-gewichteten Kontrast verstärkt MRT-Bilder zu berechnen Sie die Mittelwert, maximale und minimale Dosis (Abbildung 11).
    2. Als Ersatz für die maximalen, Mittelwert und minimale Dosis an das Tumorvolumen und der normalen Gewebe Hirnvolumen berechnen Sie die D2, D50und D90. D steht für die Dosis erhielt von X % des Volumens, gekennzeichnet durch den Index und der daraus resultierenden DVH abgeleitet werden können.

    (6) TMZ und Sham Chemotherapie

    1. Die Behandlung des Glioblastoms bei Patienten zu imitieren, begleitende Chemotherapie mit IP-Injektionen von 29 mg/kg TMZ verwalten aufgelöst in Kochsalzlösung mit 25 % Dimethylsulfoxide (DMSO) einmal täglich für 5 Tage ab dem Tag der Bestrahlung24, 25. Verwendung 1 mL, 29 G Insulin Spritze nach Injektion zu verabreichen.
    2. Verwalten Sie für die Kontrollgruppe Einspritzung aus Schritt 6.1 ohne TMZ.

    Ergebnisse

    Um die menschliche Behandlung Methodik zur Bestrahlung von Glioblastom in einem präklinischen Modell zu imitieren, war die Einbindung des MRT-geführte Strahlentherapie notwendig. Verwenden die PCTPS und die Mikro-Brutapparat-Schnittstelle konnten wir F98 Glioblastom bei Ratten mit mehreren winkeltreue nicht koplanar Bögen die Kontrast-verstärkte Region auf T1-gewichteten MRT17zu bestrahlen. Starre Körper Transformationen in Kombination mit einem Multi-Modalit?...

    Diskussion

    Um genaue Bestrahlung des Ziels Glioblastom Tumor im Rattengehirn zu erreichen, reichte die Mikro-Brutapparat on-Board-CT-Führung nicht aus. Hirntumoren sind aufgrund unzureichender Weichgewebe Kontrast, kaum sichtbar, auch wenn Kontrastverstärkung verwendet werden würde. Als solche muss MRI aufgenommen werden, um eine präzisere Bestrahlung zu ermöglichen. Mit einem sequentiellen Herr Erwerb auf einem 7 T-System und eine CT-Übernahme auf der Mikro-Brutapparat waren wir in der Lage, gezielt die Dosis auf den Kontras...

    Offenlegungen

    Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenlegen

    Danksagungen

    Die Autoren möchten Stichting Luka Hemelaere und Soroptimist International für die Unterstützung dieser Arbeit danken.

    Materialien

    NameCompanyCatalog NumberComments
    GB RAT model
    F98 Glioblastoma cell lineATCCCRL-2397
    Fischer F344/Ico crl RatsCharles RiverN/Ahttp://www.criver.com/products-services/basic-research/find-a-model/fischer-344-rat
    Micropump systemWorld Precision InstrumentsUMP3Micro 4: https://www.wpiinc.com/products/top-products/make-selection-ump3-ultramicropump/#tabs-1
    Stereotactic frameKopf902Model 902 Dual Small Animal Stereotaxic frame
    diamant drillVellemanVTHD02https://www.velleman.eu/products/view/?id=370450
    Bone waxAesculap1029754https://www.aesculapusa.com/products/wound-closure/hemostatic-bone-wax
    Insulin syringe MicrofineBeckton-Dickinson3209241 mL, 29G
    InfraPhil IR lampPhilipsHP3616/01
    EthilonEthicon662G/662HFS-2, 4-0, 3/8, 19 mm
    NameCompanyCatalog NumberComments
    Cell culture
    DMEMInvitrogen14040-091
    Penicilline-streptomycineInvitrogen15140-148
    L-glutamineInvitrogen25030-032
    FungizoneInvitrogen15290-018
    Trypsin-EDTAInvitrogen25300-062
    PBSInvitrogen14040-224
    FalconsThermo Scientific178883175 cm2 nunclon surface, disposables for cell culture with filter caps
    Cell freezing mediumSigma-aldrichC6164Cell Freezing Medium-DMSO, sterile-filtered, suitable for cell culture, endotoxin tested
    NameCompanyCatalog NumberComments
    Animal irradiation
    Micro-irradiatorX-strahlSARRP
    software for irradiationX-strahlMuriPlanpre-clinical treatment planning system (PCTPS), version 2.0.5.
    NameCompanyCatalog NumberComments
    Small animal PET
    microPET system possibility 1MolecubesB-Cubehttp://www.molecubes.com/b-cube/
    microPET system possibility 2TriFoil Imaging, Northridge CAFLEX Triumph IIhttp://www.trifoilimaging.com
    PET tracersIn-house made18F-FDG, 18F-FET, 18F-FAZA, 18F-Choline
    NameCompanyCatalog NumberComments
    Small animal MRI
    microMRI systemBruker BiospinPharmascan 70/16https://www.bruker.com/products/mr/preclinical-mri/pharmascan/overview.html
    Dotarem contrast agentGuerbetMRI contrast agent, Dotarem 0,5 mmol/ml
    rat whole body transmitter coilRapid BiomedicalV-HLS-070
    rat brain surface coilRapid BiomedicalP-H02LE-070
    Water-based heating unitBruker BiospinMT0125
    30 G Needle for IV injectionBeckton-Dickinson30512830 G
    PE 10 tubing (60 cm/injection)Instech laboratories, IncBTPE-10BTPE-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 capillariesGMBH7493 21these capillaries are filled with water to create markers visible on MRI and CT
    NameCompanyCatalog NumberComments
    Consumables
    isoflurane: IsofloZoetisB506Anaesthesia
    ketamine: KetamidorEcupharAnaesthesia
    xylazine: SedaxylCodifar NVAnaesthesia
    catheterTerumoVersatus-W26G
    TemozolomideSigma-aldrichT2577-100MGchemotherapy
    DMSOSigma-aldrich276855-100ML
    Insulin syringe MicrofineBeckton-Dickinson3209241 mL, 29G
    NameCompanyCatalog NumberComments
    Image analysis
    PMOD softwarePMOD technologies LLCPFUS (fusion tool)biomedical image quantification software (BIQS), version 3.405, https://www.pmod.com/web/?portfolio=22-image-processing-pfus
    NameCompanyCatalog NumberComments
    Anesthesia-equipment
    Anesthetic movabe unitASA LTDASA 0039ASA LTD, 5 valley road, Keighley, BD21 4LZ
    Oxygen generatorVeterinary technics Int.7F-3BDO-Medipass, Ijmuiden

    Referenzen

    1. Stupp, R., et al. Promising survival for patients with newly diagnosed glioblastoma multiforme treated with concomitant radiation plus temozolomide followed by adjuvant temozolomide. J Clin Oncol. 20 (5), 1375-1382 (2002).
    2. Dhermain, F. Radiotherapy of high-grade gliomas: current standards and new concepts, innovations in imaging and radiotherapy, and new therapeutic approaches. Chin J Cancer. 33 (1), 16-24 (2014).
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