This work was supported by a grant from the Jan Kornelis de Cock foundation.

1. Crear Silicona Moldes para Inclusiones Tumor-simulando <ol><li> Recoge objetos sólidos de la forma deseada y el tamaño que puede servir de modelo para las inclusiones de tumores simular, por ejemplo, cuentas o bolitas. </li><li> Limpiar a fondo los modelos de tumores. Para asegurar una fácil extracción del molde de silicona, los modelos tumorales pueden ser rociadas con spray anti-adherente o cubiertas con una capa delgada de vaselina o cera de abejas. </li><li> Coloque cada modelo en una plaza amurallada delgada caja separada (plástico) con una superficie lisa. Si es necesario, fijar el modelo en la parte inferior de la caja para mantenerla en posición. Utilice una caja que es ligeramente más grande que el modelo de tumor en sí para evitar el desperdicio de cantidades excesivas de silicona. </li><li> Vierta la cantidad requerida de componente de silicona A en un bol y añadir el componente de silicona B en una proporción de 10: 1 en peso. Mezclar bien ambos componentes. Opcionalmente, una bomba de vacío se puede utilizar para eliminar las burbujas de aire de la mezcla de silicona. </li><li> Suavemente pour la mezcla de silicona en la caja de plástico para evitar que queden atrapadas burbujas de aire. La mezcla de silicona debe ser procesada dentro de 45 minutos para obtener resultados óptimos. </li><li> Deje que la mezcla de silicona solidifique durante al menos 6 horas antes de cortar el molde y retirar el modelo de tumor. Opcionalmente, el molde de silicona puede ser cortado en un patrón de zigzag para permitir que se ajuste de nuevo juntos limpiamente. La fuerza máxima de la silicona se obtiene después de 3 días. </li></ol> 2. Crear una Solución salina tamponada con Tris <ol><li> Crear una solución salina tamponada con Tris (TBS) mediante la adición de solución de 6,1 g (50 mM) y 8,8 g de Tris (150 mM) NaCl a 800 ml de agua desionizada. </li><li> Añadir 1,0 g (15 mmoles) de NaN 3 para bloquear la oxigenación de la hemoglobina (paso 3.3 y 4.4) y para inhibir el crecimiento bacteriano. PRECAUCIÓN: NaN 3 es un veneno grave. Puede ser fatal en contacto con la piel o por ingestión. La toxicidad de este compuesto es comparable a la de cianuros alcalinos solubles y la dosis letal para un humano adultoes de aproximadamente 0,7 g. Siempre siga las instrucciones de seguridad según lo previsto por el fabricante. </li><li> Ajustar el pH a 7,4 y llevar el volumen a 1000 ml con agua desionizada. </li></ol> 3. Crear fluorescentes Inclusiones <ol><li> Añadir 2 g de agarosa a 50 ml de TBS desde el paso 2. El punto de fusión más alto de agarosa en comparación con la gelatina (paso 4.2) impedirá que las inclusiones de la disolución y la fuga de colorante fluorescente cuando se coloca en gelatina fundida. Opcionalmente, la cantidad de agarosa añadido puede ser alterada para 1 o 3 g para obtener más blandos palpables o inclusiones tumorales, respectivamente. </li><li> Calentar la suspensión de agarosa usando un horno de microondas hasta que se alcanza el punto de ebullición. Mezcle bien hasta que la agarosa se disuelva completamente. </li><li> Añadir 1,1 g (17 mmol) de hemoglobina y 5 ml de Intralipid 20% disuelto en 50 ml de TBS a la mezcla de agarosa con agitación constante para asemejarse a las características ópticas del tejido circundante del pecho fantasma (paso 4). </li><li> Añadir 20,0 mg (250,8 mol) del colorante fluorescente verde de indocianina a 83,8 ml de agua desionizada. Asegúrese de que el colorante se disuelve completamente. </li><li> Pipetear 5,0 ml de esta solución y agregarla a la mezcla de agarosa para obtener una concentración final de 14 mM. Opcionalmente, otros tintes fluorescentes que ICG se pueden utilizar si se desea con su propio concentración óptima. </li><li> Llenar con cuidado los moldes de silicona creados en el paso 1 con la mezcla de agarosa caliente usando una jeringa (Figura 1A). Repita este proceso hasta que se hayan cubierto todos los moldes. </li><li> Deje que las inclusiones fluorescentes se solidifican a temperatura ambiente durante aproximadamente una hora. Proteja las inclusiones de luz cubriendo todo el molde con papel de aluminio. </li><li> Después de la solidificación, abrir suavemente el molde y presione a cabo la inclusión (Figura 1B). Opcionalmente, utilice la punta de la jeringa para aplicar pequeñas gotas de mezcla de agarosa fundida en la superficie de la inclusión. Al repetir este proceso varias veces en la misma ubicación, pequeña maespuelas mor se pueden crear para simular tumores infiltrantes. </li><li> Proteja las inclusiones de agarosa de la luz y la deshidratación envolviéndolos en papel de aluminio y almacenarlos en un contenedor de almacenamiento húmeda a 4 ° C. NOTA: El uso de concentraciones de colorante fluorescentes inferiores o superiores a la óptima concentración conocida voluntad tanto resultado de la intensidad de la señal fluorescente disminuida. La reducción aparentemente contradictorio en intensidad de la señal con el aumento de concentraciones de colorante por encima de la concentración de colorante fluorescente es óptima debido a un fenómeno conocido como enfriamiento brusco. Al evaluar la profundidad de penetración máxima de un tinte fluorescente en fantasmas, utilizando la concentración óptima es obligatorio. </li></ol> 4. Crear Phantoms mama <ol><li> Obtener un molde con forma de copa para crear fantasmas de mama del tamaño deseado y el volumen, por ejemplo, un recipiente de vidrio o plástico. El molde debe tener una superficie lisa para evitar la forma de gelatina se adhiere al molde. A volum moldee de 500 ml creará fantasmas de mama de tamaño suficiente. </li><li> Para crear un fantasma de mama con un volumen de 500 ml, añadir 50 g de gelatina 250 bloom a 500 ml de TBS (paso 2). Calentar la suspensión de gelatina a 50 ° C bajo agitación constante. </li><li> Una vez que la gelatina se disuelva por completo, dejar que la mezcla de la gelatina enfríe gradualmente y mantenerlo a una temperatura constante de 35 ° C usando un baño de agua caliente. </li><li> Bajo agitación constante, añadir 5,5 g (85 mmol) de hemoglobina bovina y 25 ml de Intralipid 20% para simular la absorción y la dispersión de los fotones en el tejido, respectivamente. </li><li> Preenfriado el molde en forma de copa a 4 ° C durante al menos 1 h. A continuación, se vierte la mezcla de la gelatina en el molde a un nivel que corresponde a la profundidad predefinida de la inclusión de tumores simulando de agarosa (Figura 1C). Deje que la mezcla de la gelatina solidificar a 4 ° C durante 30 minutos a una hora. </li><li> Después de la solidificación, posicionar un fluorescente inclusión de agarosa-simulando tumor en la superficie de<html> el fantasma y temporalmente fijan la inclusión con una pequeña aguja. Hasta un máximo de tres inclusiones fluorescentes tumorales de simulación se pueden incorporar en un solo fantasma mama. Espacio suficiente (por lo menos 5 cm) debe mantenerse entre inclusiones tumorales-simulando individuales (Figura 1D). </li><li> Verter el resto de la mezcla de gelatina caliente en el volumen restante del molde, lo que permite la adherencia de ambas capas sin crear artefactos de refracción. Marque la ubicación de las inclusiones de tumores simulando fluorescentes en el molde. Que el fantasma solidificar O / N a 4 ° C. </li><li> Una vez solidificado, retire las agujas usadas para la fijación temporal de las inclusiones y retire suavemente el fantasma del pecho de su molde (Figura 1E). Proteja el fantasma de mama de la luz y la deshidratación envolviéndolo en papel de aluminio y guárdelo en un recipiente de almacenamiento humidificada a 4 ° C. </li></ol><html> ure 1 &quot;fo: contenido-width =&quot; &quot;src =&quot; 5in / files / ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg &quot;width =&quot; 500 &quot;/&gt; Figura 1. etapas secuenciales de la creación de fantasmas de mama que contienen inclusiones de tumores simulando fluorescentes. Después de crear moldes de silicona de la forma y tamaño deseados, los moldes se llenan con la mezcla de agarosa derretida usando una jeringa (A). Inclusiones tumorales-simulando de diferente tamaño y forma se produjeron en el estudio actual (B). A continuación, una capa delgada de la mezcla de gelatina fundida se vierte en un molde de madera recubierto de mama personalizado (C). Después de la solidificación, las inclusiones de tumores simulando están posicionados, fijada temporalmente, y se cubren con otra capa de la mezcla de gelatina fundida (D). Después de la solidificación, el fantasma de mama se retira suavemente de su molde (E). El fantasma se puede aplicar para la simulación de diferentes aplicaciones de imagen NIRF (F).ref = &quot;archivos / ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg /&quot; target = &quot;_blank&quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. 5. Ajuste el sistema de cámara NIRF <ol><li> Se requiere un sistema de cámaras de NIRF para la aplicación intraoperatoria para la simulación de imágenes NIRF apuntado en la cirugía del cáncer de mama. Varios sistemas de imágenes NIRF para imágenes NIRF intraoperatoria en tiempo real están disponibles actualmente para su uso en investigación. Aunque existen algunas diferencias entre estos dispositivos, todos ellos contienen una fuente de luz de excitación (para la excitación de las inclusiones fluorescentes tumorales) y un dispositivo de formación de imágenes de alta sensibilidad para la detección de fotones emitidos. </li><li> Asegúrese de utilizar una fuente de luz de excitación de una longitud de onda suficiente. Para inclusiones de tumores que contienen la simulación de ICG, utilizar una fuente de luz de excitación (por ejemplo, láser) que emite fotones entre 750 y 800 nm. Si se usa un colorante fluorescente alternativa, la longitud de onda de excitación se debe ajustar conforman la ma<html> instrucciones del nufacturer. </li><li> En caso de que el sistema de cámaras de NIRF contiene un filtro de emisión para filtrar las señales de fondo no deseados, asegúrese de que se utiliza el filtro correcto. Para inclusiones tumorales-simulando que contienen ICG, utilice un filtro de emisión entre 800 y 850 nm. Colorantes fluorescentes alternativas pueden requerir diferentes filtros de emisión, dependiendo de las instrucciones de los fabricantes. NOTA: Asegúrese de que no es cero superposición entre la excitación y las longitudes de onda de emisión para evitar imágenes sobresaturadas. Además, el tiempo de adquisición de la imagen podría tener que ser ajustada para obtener imágenes fluorescentes óptimos. En el caso de inclusiones fluorescentes profundamente arraigadas o señales fluorescentes débiles, tiempo de adquisición de la imagen se puede aumentar hasta varios segundos a min. En el caso de inclusiones superficiales o señales fluorescentes fuertes, el tiempo de adquisición se puede disminuir hasta varios milisegundos para permitir la formación de imágenes de fluorescencia de velocidad de vídeo en tiempo real. </li></ol>e &quot;&gt; 6. Simulación de Aplicaciones NIRF de imagen en la cirugía del cáncer de mama <ol><li> Tome el fantasma de mama con simulación de tejidos de su recipiente y colocarlo en una superficie plana no fluorescente. A continuación, coloque el dispositivo de imágenes NIRF encima del fantasma del pecho, dejando una distancia de trabajo suficiente para la escisión de las inclusiones de tumores simulando. </li><li> Localizar la inclusión fluorescente tumor-que simula el uso de imágenes y / o la palpación de la mama fantasma NIRF. En caso de no señal fluorescente se puede detectar, la inclusión se coloca ya sea demasiado profunda en el espectro para la detección o el tiempo de adquisición de la imagen se debe aumentar. </li><li> Una vez que la inclusión se localiza, una incisión en la mama fantasma y eliminar la inclusión tumor-simulando en tiempo real NIRF-orientación mediante instrumentos quirúrgicos convencionales. Por otra parte, la inclusión puede ser extirpado conducida sólo por inspección visual y palpación de la mama fantasma para simular el estándar de atención. </li><li> Directamente después de la eliminaciónla inclusión de tumor-simulando, la imagen de la cavidad quirúrgica para cualquier actividad fluorescente restante indicando la escisión inadecuada. </li><li> En caso de cualquier actividad fluorescente restante, cortar el remanente inclusión bajo la guía directa NIRF hasta que no quede ninguna señal fluorescente. </li><li> Imagen de los fragmentos extirpados fantasma para simular la evaluación del estado margen macroscópico guiada por NIRF. A este fin, cortar el tejido fantasma en 3 - 5 placas mm y la imagen de las placas en consecuencia. La señal de fluorescencia que alcanza en los márgenes quirúrgicos indica la existencia de márgenes quirúrgicos positivos. </li></ol>

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Los autores no tienen nada que revelar.

Hemos simulado potenciales aplicaciones clínicas de BCS guiadas-NIRF a través de la utilización de fantasmas de mama en forma de inclusiones con tumores simulando integrados. Localización intraoperatoria del tumor, la resección tumoral guiada por NIRF, la evaluación de la extensión de la cirugía, y la evaluación postoperatoria de los márgenes quirúrgicos fueron encontrados factible el uso de un sistema de cámaras de NIRF costumbre-construir. La detección no invasiva de inclusiones fluorescentes simulando tu...

La cirugía conservadora de la mama (BCS) seguida de radioterapia es el tratamiento estándar para los pacientes con cáncer de mama T1-2 carcinoma de mama 1,2. Las imprecisiones en la evaluación intraoperatoria de la medida de resultado de la cirugía en los márgenes quirúrgicos positivos en 20 a 40% de los pacientes que se sometieron a BCS, necesitando intervención quirúrgica adicional o 3,4,5 radioterapia. Aunque la resección extensa del tejido mamario sano adyacente podría reducir la frecuencia de los márgenes quirúrgicos positivos, esto también obstaculizará resultado cosmético y aumentar 6,7 comorbilidad. Por lo tanto, se necesitan nuevas técnicas que proporcionan retroalimentación intraoperatoria en la localización del tumor primario y la extensión de la cirugía. Imágenes ópticas, en particular, la fluorescencia de infrarrojo cercano de imágenes (NIRF), podría reducir la frecuencia de los márgenes quirúrgicos positivos siguientes BCS, proporcionando al cirujano una herramienta para la localización de tumores pre e intraoperatoria en rtiempo eal. Recientemente, nuestro grupo informó sobre la primera prueba en humanos de imágenes de fluorescencia tumor-específica en pacientes con cáncer de ovario, que muestra la viabilidad de esta técnica para detectar tumores primarios y metástasis intraperitoneales con alta sensibilidad 8. Antes de proceder a los estudios clínicos en pacientes con cáncer de mama, sin embargo, la viabilidad de las diversas aplicaciones de imágenes NIRF tumorales orientada en BCS puede ya ser evaluado preclínicamente utilizando fantasmas. El siguiente protocolo de investigación describe el uso de imágenes NIRF en fantasmas de mama con simulación de tejidos que contienen inclusiones de tumores simulando fluorescentes 9. Los fantasmas proporcionan una herramienta barata y versátil para simular la resección localización del tumor antes y intraoperatoria, en tiempo real guiado-NIRF tumor, la evaluación del estado de los márgenes quirúrgicos, y la detección de la enfermedad residual. Los fantasmas gelatinosos tienen propiedades elásticas similares a los tejidos humanos y se pueden cortar usando s convencionalinstrumentos urgical. Durante el procedimiento quirúrgico simulado, el cirujano se guía por la información táctil (en el caso de inclusiones palpables) y la inspección visual del campo operatorio. Además, se aplica de imágenes NIRF para proporcionar al cirujano retroalimentación en tiempo real intraoperatoria de la extensión de la cirugía. Debe hacerse hincapié en que la imagen NIRF requiere el uso de colorantes fluorescentes. Idealmente, los colorantes fluorescentes se deben utilizar que emiten fotones en el rango espectral del infrarrojo cercano (650 a 900 nm) para minimizar la absorción y la dispersión de fotones por moléculas fisiológicamente abundantes en el tejido (por ejemplo, hemoglobina, lípidos, elastina, colágeno, y agua) 10,11. Por otra parte, la autofluorescencia (es decir, la actividad de fluorescencia intrínseca en los tejidos debido a las reacciones bioquímicas en las células vivas) se reduce al mínimo en el rango espectral del infrarrojo cercano, resultando en óptimas proporciones tumor a fondo 11. Conjugando NIRF tiñe de tumor-targerestos TED (por ejemplo, anticuerpos monoclonales), la administración dirigida de los tintes fluorescentes se pueden obtener para aplicaciones de imágenes intraoperatorias. Como el ojo humano es insensible a la luz en el rango espectral del infrarrojo cercano, se requiere un dispositivo de cámara altamente sensible para la formación de imágenes NIRF. Varios sistemas de imágenes NIRF para uso intraoperatorio se han desarrollado hasta el momento 12. En el presente estudio, se utilizó un sistema de imagen de generación personalizada NIRF que fue desarrollado para la aplicación intraoperatoria en colaboración con la Universidad Técnica de Munich. El sistema permite la adquisición simultánea de imágenes en color e imágenes de fluorescencia. Para mejorar la exactitud de las imágenes de fluorescencia, un esquema de corrección se aplica para las variaciones en la intensidad de la luz en el tejido. Una descripción detallada se proporciona por Themelis et al. 13

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Bovine hemoglobin</td>
			<td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands</td>
			<td>H2500</td>
			<td>Simulates absorption of photons in tissue&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Intralipid 20%</td>
			<td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands</td>
			<td>I141</td>
			<td>Simulates scattering of photons in tissue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone A translucent 40 (2-components poly-addition silicone)</td>
			<td>NedForm, Geleen, The Netherlands</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Package consists of components A and B, that should be mixed one on one (A:B=10:1).&#160; Link to manufacturers page: http://tinyurl.com/ncjq7jx</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatine 250 Bloom</td>
			<td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands</td>
			<td>48724</td>
			<td>Construction of breast-shaped phantoms</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Hispanagar, Burgos, Spain</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Construction of tumor-simulating inclusions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris</td>
			<td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands</td>
			<td>T1503&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hcl</td>
			<td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands</td>
			<td>258148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, The Netherlands</td>
			<td>S9888</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaH3</td>
			<td>Merck, Darmstadt, Germany</td>
			<td>822335</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">Examples of NIRF imaging devices for intraoperative application:</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T2 NIRF imaging platform&#160;</td>
			<td>SurgVision BV, Heerenveen, The Netherlands</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Customized NIRF imaging system used in the current study. More details available at www.surgvision.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodynamic Eye</td>
			<td>Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH, Herrsching am Ammersee, Germany</td>
			<td>PC6100</td>
			<td>www.iht-ltd.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FLARE imaging system kit</td>
			<td>The FLARE Foundation Inc, Wayland, MA, USA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>www.theflarefoundation.org</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluobeam</td>
			<td>Fluoptics, Grenoble, France</td>
			<td>N/A</td>
			<td>www.fluoptics.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Artemis handheld camera</td>
			<td>Quest Medical Imaging BV, Middenmeer, the Netherlands</td>
			<td>N/A</td>
			<td>www.quest-mi.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">Examples of NIRF fluorescent dyes for intraoperative application:</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Indocyanine green</td>
			<td>ICG-PULSION,&#160; Feldkirchen, Germany</td>
			<td>PICG0025DE&#160;&#160;</td>
			<td>Clinical grade fluorescent dye for NIRF imaging used in the current study. More details available at www.pulsion.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IRDye 800CW NHS Ester</td>
			<td>LI-COR Biosciences, Lincoln, NE, USA</td>
			<td>929-70021</td>
			<td>www.licor.com</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

tissue-simulating phantoms for assessing potential near-infrared fluorescence imaging applications in breast cancer surgery

Las imprecisiones en la localización tumoral intraoperatoria y la evaluación de resultado quirúrgico estado de los márgenes en el resultado subóptimo de la cirugía conservadora de la mama (BCS). Imágenes ópticas, en particular, imágenes de fluorescencia en el infrarrojo cercano (NIRF), podría reducir la frecuencia de los márgenes quirúrgicos positivos siguiente BCS, proporcionando al cirujano una herramienta para la localización de tumores pre e intraoperatoria en tiempo real. En el estudio actual, el potencial de BCS guiada por NIRF se evalúa usando fantasmas en periodo de simulación de tejidos por razones de fines de normalización y formación. Fantasmas de mama con características ópticas comparables a los de los tejidos normales de mama se utilizan para simular la cirugía conservadora de la mama. Se incorporaron Tumor-simulando inclusiones que contienen el colorante fluorescente verde de indocianina (ICG) en los fantasmas en ubicaciones predefinidas y la imagen de la localización del tumor antes y intraoperatoria, la resección del tumor guiada por NIRF en tiempo real, guiada por NIRFEvaluación de la extensión de la cirugía, y la evaluación postoperatoria de los márgenes quirúrgicos. Una cámara NIRF personalizada se utilizó como un prototipo clínica para los propósitos de formación de imágenes. Fantasmas mamarios que contienen inclusiones de tumores simulando ofrecen una herramienta sencilla, barata y versátil para simular y evaluar imágenes de tumores intraoperatoria. Los fantasmas gelatinosos tienen propiedades elásticas similares a los tejidos humanos y se pueden cortar usando instrumentos quirúrgicos convencionales. Además, los fantasmas contienen hemoglobina y Intralipid para imitar la absorción y la dispersión de los fotones, respectivamente, creando propiedades ópticas uniformes similares a tejido mamario humano. El principal inconveniente de formación de imágenes NIRF es la profundidad de penetración limitada de los fotones cuando se propaga a través del tejido, lo que dificulta (no invasivo) de formación de imágenes de tumores profundos con las estrategias de epi-iluminación.

Los resultados de este estudio han sido reportados previamente en otro lugar 9. Nuestros datos muestran que la imagen NIRF se puede aplicar para detectar inclusiones tumorales-simulando fluorescentes en fantasmas en periodo de simulación de tejidos, la simulación de la cirugía conservadora de la mama guiada por NIRF en pacientes con cáncer de mama. Usando nuestro modelo fantasma, encontramos localización intraoperatoria del tumor, la resección del tumor guiada por NIRF, la e...

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Tissue-simulating Phantoms for Assessing Potential Near-infrared Fluorescence Imaging Applications in Breast Cancer Surgery

Near-infrared fluorescence (NIRF) imaging may improve therapeutic outcome of breast cancer surgery by enabling intraoperative tumor localization and evaluation of surgical margin status. Using tissue-simulating breast phantoms containing fluorescent tumor-simulating inclusions, potential clinical applications of NIRF imaging in breast cancer patients can be assessed for standardization and training purposes.

Phantoms Tissue-simulación para la evaluación de las posibles aplicaciones de imágenes de fluorescencia en el infrarrojo cercano en la cirugía del cáncer de mama

Inaccuracies in intraoperative tumor localization and evaluation of surgical margin status result in suboptimal outcome of breast-conserving surgery ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

12.0K vistas.  University Medical Center Groningen. Near-infrared fluorescence (NIRF) imaging may improve therapeutic outcome of breast cancer surgery by enabling intraoperative tumor localization and evaluation of surgical margin status. Using tissue-simulating breast phantoms containing fluorescent tumor-simulating inclusions, potential clinical applications of NIRF imaging in breast cancer patients can be assessed for standardization and training purposes. 

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In vivo Near Infrared Fluorescence (NIRF) Intravascular Molecular Imaging of Inflammatory Plaque, a Multimodal Approach to Imaging of Atherosclerosis

The vascular response to injury is a well-orchestrated inflammatory response triggered by the accumulation of macrophages within the vessel wall leading to an accumulation of lipid-laden intra-luminal plaque, smooth muscle cell proliferation and progressive narrowing of the vessel lumen. The formation of such vulnerable plaques prone to rupture underlies the majority of cases of acute myocardial infarction. The complex molecular and cellular inflammatory cascade is orchestrated by the recruitment of T lymphocytes and macrophages and their paracrine effects on endothelial and smooth muscle cells.1
Molecular imaging in atherosclerosis has evolved into an important clinical and research tool that allows in vivo visualization of inflammation and other biological processes. Several recent examples demonstrate the ability to detect high-risk plaques in patients, and assess the effects of pharmacotherapeutics in atherosclerosis.4 While a number of molecular imaging approaches (in particular MRI and PET) can image biological aspects of large vessels such as the carotid arteries, scant options exist for imaging of coronary arteries.2 The advent of high-resolution optical imaging strategies, in particular near-infrared fluorescence (NIRF), coupled with activatable fluorescent probes, have enhanced sensitivity and led to the development of new intravascular strategies to improve biological imaging of human coronary atherosclerosis.
Near infrared fluorescence (NIRF) molecular imaging utilizes excitation light with a defined band width (650-900 nm) as a source of photons that, when delivered to an optical contrast agent or fluorescent probe, emits fluorescence in the NIR window that can be detected using an appropriate emission filter and a high sensitivity charge-coupled camera. As opposed to visible light, NIR light penetrates deeply into tissue, is markedly less attenuated by endogenous photon absorbers such as hemoglobin, lipid and water, and enables high target-to-background ratios due to reduced autofluorescence in the NIR window. Imaging within the NIR 'window' can substantially improve the potential for in vivo imaging.2,5
Inflammatory cysteine proteases have been well studied using activatable NIRF probes10, and play important roles in atherogenesis. Via degradation of the extracellular matrix, cysteine proteases contribute importantly to the progression and complications of atherosclerosis8. In particular, the cysteine protease, cathepsin B, is highly expressed and colocalizes with macrophages in experimental murine, rabbit, and human atheromata.3,6,7 In addition, cathepsin B activity in plaques can be sensed in vivo utilizing a previously described 1-D intravascular near-infrared fluorescence technology6, in conjunction with an injectable nanosensor agent that consists of a poly-lysine polymer backbone derivatized with multiple NIR fluorochromes (VM110/Prosense750, ex/em 750/780nm, VisEn Medical, Woburn, MA) that results in strong intramolecular quenching at baseline.10 Following targeted enzymatic cleavage by cysteine proteases such as cathepsin B (known to colocalize with plaque macrophages), the fluorochromes separate, resulting in substantial amplification of the NIRF signal. Intravascular detection of NIR fluorescence signal by the utilized novel 2D intravascular NIRF catheter now enables high-resolution, geometrically accurate in vivo detection of cathepsin B activity in inflamed plaque.
In vivo molecular imaging of atherosclerosis using catheter-based 2D NIRF imaging, as opposed to a prior 1-D spectroscopic approach,6 is a novel and promising tool that utilizes augmented protease activity in macrophage-rich plaque to detect vascular inflammation.11,12 The following research protocol describes the use of an intravascular 2-dimensional NIRF catheter to image and characterize plaque structure utilizing key aspects of plaque biology. It is a translatable platform that when integrated with existing clinical imaging technologies including angiography and intravascular ultrasound (IVUS), offers a unique and novel integrated multimodal molecular imaging technique that distinguishes inflammatory atheromata, and allows detection of intravascular NIRF signals in human-sized coronary arteries.

In vivo Near Infrared Fluorescence NIRF Intravascular Molecular Imaging of Inflammatory Plaque, a Multimodal Approach to Imaging of Atherosclerosis

We detail a new near-infrared fluorescence (NIRF) catheter for 2-dimensional intravascular molecular imaging of plaque biology in vivo. The NIRF catheter can visualize key biological processes such as inflammation by reporting on the presence of plaque-avid activatable and targeted NIR fluorochromes. The catheter utilizes clinical engineering and power requirements and is targeted for application in human coronary arteries. The following research study describes a multimodal imaging strategy that utilizes a novel in vivo intravascular NIRF catheter to image and quantify inflammatory plaque in proteolytically active inflamed rabbit atheromata.

En vivo en el infrarrojo cercano fluorescencia (NIRF) imagen intravascular molecular de placa inflamatoria, un enfoque multimodal de imágenes de la aterosclerosis

The vascular response to injury is a well-orchestrated inflammatory response triggered by the accumulation of macrophages within the vessel wall leading ...

Investigación

Medicina

Multi-modal Imaging of Angiogenesis in a Nude Rat Model of Breast Cancer Bone Metastasis Using Magnetic Resonance Imaging, Volumetric Computed Tomography and Ultrasound

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell proliferation in the bone marrow cavity as well as for interaction of tumor and bone cells resulting in local bone destruction. Our aim was to develop a model of experimental bone metastasis that allows in vivo assessment of angiogenesis in skeletal lesions using non-invasive imaging techniques.
For this purpose, we injected 105 MDA-MB-231 human breast cancer cells into the superficial epigastric artery, which precludes the growth of metastases in body areas other than the respective hind leg1. Following 25-30 days after tumor cell inoculation, site-specific bone metastases develop, restricted to the distal femur, proximal tibia and proximal fibula1. Morphological and functional aspects of angiogenesis can be investigated longitudinally in bone metastases using magnetic resonance imaging (MRI), volumetric computed tomography (VCT) and ultrasound (US).
MRI displays morphologic information on the soft tissue part of bone metastases that is initially confined to the bone marrow cavity and subsequently exceeds cortical bone while progressing. Using dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) functional data including regional blood volume, perfusion and vessel permeability can be obtained and quantified2-4. Bone destruction is captured in high resolution using morphological VCT imaging. Complementary to MRI findings, osteolytic lesions can be located adjacent to sites of intramedullary tumor growth. After contrast agent application, VCT angiography reveals the macrovessel architecture in bone metastases in high resolution, and DCE-VCT enables insight in the microcirculation of these lesions5,6. US is applicable to assess morphological and functional features from skeletal lesions due to local osteolysis of cortical bone. Using B-mode and Doppler techniques, structure and perfusion of the soft tissue metastases can be evaluated, respectively. DCE-US allows for real-time imaging of vascularization in bone metastases after injection of microbubbles7.
In conclusion, in a model of site-specific breast cancer bone metastases multi-modal imaging techniques including MRI, VCT and US offer complementary information on morphology and functional parameters of angiogenesis in these skeletal lesions.

In the pathogenesis of bone metastasis, angiogenesis is a crucial process and therefore represents a target for imaging and therapy. Here, we present a rat model of site-specific breast cancer bone metastasis and describe strategies to non-invasively image angiogenesis in vivo using magnetic resonance imaging, volumetric computed tomography and ultrasound.

Multimodal de imágenes de la angiogénesis en un modelo de rata desnuda de las metástasis óseas del cáncer de pecho utilizando imágenes de resonancia magnética, tomografía computarizada y la ecografía volumétrica

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell ...

Profiling of Estrogen-regulated MicroRNAs in Breast Cancer Cells

Estrogen plays vital roles in mammary gland development and breast cancer progression. It mediates its function by binding to and activating the estrogen receptors (ERs), ER&#945;, and ER&#946;. ER&#945; is frequently upregulated in breast cancer and drives the proliferation of breast cancer cells. The ERs function as transcription factors and regulate gene expression. Whereas ER&#945;&#39;s regulation of protein-coding genes is well established, its regulation of noncoding microRNA (miRNA) is less explored. miRNAs play a major role in the post-transcriptional regulation of genes, inhibiting their translation or degrading their mRNA. miRNAs can function as oncogenes or tumor suppressors&#160;and are also promising biomarkers. Among the miRNA assays available, microarray and quantitative real-time polymerase chain reaction (qPCR) have been extensively used to detect and quantify miRNA levels. To identify miRNAs regulated by estrogen signaling in breast cancer, their expression in ER&#945;-positive breast cancer cell lines were compared before and after estrogen-activation using both the &#181;Paraflo-microfluidic microarrays and Dual Labeled Probes-low density arrays. Results were validated using specific qPCR assays, applying both Cyanine dye-based and Dual Labeled Probes-based chemistry. Furthermore, a time-point assay was used to identify regulations over time. Advantages of the miRNA assay approach used in this study is that it enables a fast screening of mature miRNA regulations in numerous samples, even with limited sample amounts. The layout, including the specific conditions for cell culture and estrogen treatment, biological and technical replicates, and large-scale screening followed by in-depth confirmations using separate techniques, ensures a robust detection of miRNA regulations,&#160;and eliminates false positives and other artifacts. However, mutated or unknown miRNAs, or regulations at the primary and precursor transcript level, will not be detected. The method presented here represents a thorough investigation of estrogen-mediated miRNA regulation.

Molecular signaling through both estrogen and microRNAs are critical in breast cancer development and growth. Estrogen activates the estrogen receptors, which are transcription factors. Many transcription factors can regulate the expression of microRNAs, and estrogen-regulated microRNAs can be profiled using different large-scale techniques.

Perfiles de microARN regulados por estrógeno en las células del cáncer de mama

Estrogen plays vital roles in mammary gland development and breast cancer progression. It mediates its function by binding to and activating the estrogen ...

Voluntary Breath-hold Technique for Reducing Heart Dose in Left Breast Radiotherapy

Breath-holding techniques reduce the amount of radiation received by cardiac structures during tangential-field left breast radiotherapy. With these techniques, patients hold their breath while radiotherapy is delivered, pushing the heart down and away from the radiotherapy field. Despite clear dosimetric benefits, these techniques are not yet in widespread use. One reason for this is that commercially available solutions require specialist equipment, necessitating not only significant capital investment, but often also incurring ongoing costs such as a need for daily disposable mouthpieces. The voluntary breath-hold technique described here does not require any additional specialist equipment. All breath-holding techniques require a surrogate to monitor breath-hold consistency and whether breath-hold is maintained. Voluntary breath-hold uses the distance moved by the anterior and lateral reference marks (tattoos) away from the treatment room lasers in breath-hold to monitor consistency at CT-planning and treatment setup. Light fields are then used to monitor breath-hold consistency prior to and during radiotherapy delivery.

The current priority in breast cancer radiotherapy is to reduce cardiac doses without compromising target tissue coverage. The voluntary breath-hold technique described here is a simple, inexpensive solution to this problem and capable of being instituted widely without the need for specialized equipment.

Voluntaria Técnica de apnea para la reducción de la dosis del corazón en la izquierda La radioterapia de mama

Breath-holding techniques reduce the amount of radiation received by cardiac structures during tangential-field left breast radiotherapy. With these ...

In Vivo and Ex Vivo Approaches to Study Ovarian Cancer Metastatic Colonization of Milky Spot Structures in Peritoneal Adipose

High-grade serous ovarian cancer (HGSC), the cause of widespread peritoneal metastases, continues to have an extremely poor prognosis; fewer than 30% of women are alive 5 years after diagnosis. The omentum is a preferred site of HGSC metastasis formation. Despite the clinical importance of this microenvironment, the contribution of omental adipose tissue to ovarian cancer progression remains understudied. Omental adipose is unusual in that it contains structures known as milky spots, which are comprised of B, T, and NK cells, macrophages, and progenitor cells surrounding dense nests of vasculature. Milky spots play a key role in the physiologic functions of the omentum, which are required for peritoneal homeostasis. We have shown that milky spots also promote ovarian cancer metastatic colonization of peritoneal adipose, a key step in the development of peritoneal metastases. Here we describe the approaches we developed to evaluate and quantify milky spots in peritoneal adipose and study their functional contribution to ovarian cancer cell metastatic colonization of omental tissues both in vivo and ex vivo. These approaches are generalizable to additional mouse models and cell lines, thus enabling the study of ovarian cancer metastasis formation from initial localization of cells to milky spot structures to the development of widespread peritoneal metastases.

In Vivo and Ex Vivo Approaches to Study Ovarian Cancer Metastatic Colonization of Milky Spot Structures in Peritoneal Adipose

We outline a protocol that implements both in vivo and ex vivo approaches to study ovarian cancer colonization of peritoneal adipose tissues, particularly the omentum. Furthermore, we present a protocol to quantitate and analyze immune cell-structures in the omentum known as milky spots, which promote metastases of peritoneal adipose.

En vivo y ex vivo para estudiar Cáncer de ovario metastásico colonización de Estructuras Vía lugar en Peritoneal adiposo

High-grade serous ovarian cancer (HGSC), the cause of widespread peritoneal metastases, continues to have an extremely poor prognosis; fewer than 30% of ...

Generation of Organ-conditioned Media and Applications for Studying Organ-specific Influences on Breast Cancer Metastatic Behavior

Breast cancer preferentially metastasizes to the lymph node, bone, lung, brain and liver in breast cancer patients. Previous research efforts have focused on identifying factors inherent to breast cancer cells that are responsible for this observed metastatic pattern (termed organ tropism), however much less is known about factors present within specific organs that contribute to this process. This is in part because of a lack of in vitro model systems that accurately recapitulate the organ microenvironment. To address this, an ex vivo model system has been established that allows for the study of soluble factors present within different organ microenvironments. This model consists of generating conditioned media from organs (lymph node, bone, lung, and brain) isolated from normal athymic nude mice. The model system has been validated by demonstrating that different breast cancer cell lines display cell-line specific and organ-specific malignant behavior in response to organ-conditioned media that corresponds to their in vivo metastatic potential. This model system can be used to identify and evaluate specific organ-derived soluble factors that may play a role in the metastatic behavior of breast and other types of cancer cells, including influences on growth, migration, stem-like behavior, and gene expression, as well as the identification of potential new therapeutic targets for cancer. This is the first ex vivo model system that can be used to study organ-specific metastatic behavior in detail and evaluate the role of specific organ-derived soluble factors in driving the process of cancer metastasis.

This manuscript describes an ex vivo model system comprised of organ-conditioned media derived from the lymph node, bone, lung, and brain of mice. This model system can be used to identify and study organ-derived soluble factors and their effects on the organ tropism and metastatic behavior of cancer cells.

Generación de medios y aplicaciones acondicionado de órganos para el estudio de las influencias específicas de órganos en el seno cáncer metastásico Comportamiento

Breast cancer preferentially metastasizes to the lymph node, bone, lung, brain and liver in breast cancer patients. Previous research efforts have focused ...

Combined Near-infrared Fluorescent Imaging and Micro-computed Tomography for Directly Visualizing Cerebral Thromboemboli

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of stroke than relying on indirect measurements, and will be a potent and robust vascular research tool. We use an optical imaging approach that labels thrombi with a molecular imaging thrombus marker&#160;&#8212; a Cy5.5 near-infrared fluorescent (NIRF) probe that is covalently linked to the fibrin strands of the thrombus by the fibrin-crosslinking enzymatic action of activated coagulation factor XIIIa during the process of clot maturation. A micro-computed tomography (microCT)-based approach uses thrombus-seeking gold nanoparticles (AuNPs) functionalized to target the major component of the clot: fibrin. This paper describes a detailed protocol for the combined in vivo microCT and ex vivo NIRF imaging of thromboemboli in a mouse model of embolic stroke. We show that in vivo microCT and fibrin-targeted glycol-chitosan AuNPs (fib-GC-AuNPs) can be used for visualizing both in situ thrombi and cerebral embolic thrombi. We also describe the use of in vivo microCT-based direct thrombus imaging to serially monitor the therapeutic effects of tissue plasminogen activator-mediated thrombolysis. After the last imaging session, we demonstrate by ex vivo NIRF imaging the extent and the distribution of residual thromboemboli in the brain. Finally, we describe quantitative image analyses of microCT and NIRF imaging data. The combined technique of direct thrombus imaging allows two independent methods of thrombus visualization to be compared: the area of thrombus-related fluorescent signal on ex vivo NIRF imaging vs. the volume of hyperdense microCT thrombi in vivo.

This protocol describes the application of combined near-infrared fluorescent (NIRF) imaging and micro-computed tomography (microCT) for visualizing cerebral thromboemboli. This technique allows the quantification of thrombus burden and evolution. The NIRF imaging technique visualizes fluorescently labeled thrombus in excised brain, while the microCT technique visualizes thrombus inside living animals using gold-nanoparticles.

Imagen Fluorescente combinado del infrarrojo cercano y la tomografía computarizada-Micro para visualizar de manera directa tromboembolia cerebral

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of ...

Studying the Role of Alveolar Macrophages in Breast Cancer Metastasis

This paper describes the application of the syngeneic model of breast cancer (4T1) to the studies on a role of pulmonary alveolar macrophages in cancer metastasis. The 4T1 cells expressing GFP in combination with imaging and confocal microscopy are used to monitor tumor growth, track metastasizing tumor cells, and quantify the metastatic burden. These approaches are supplemented by digital histopathology that allows the automated and unbiased quantification of metastases. In this method the routinely prepared histological lung sections, which are stained with hematoxylin and eosin, are scanned and converted to the digital slides that are then analyzed by the self-trained pattern recognition software. In addition, we describe the flow cytometry approaches with the use of multiple cell surface markers to identify alveolar macrophages in the lungs. To determine impact of alveolar macrophages on metastases and antitumor immunity these cells are depleted with the clodronate-containing liposomes administrated intranasally to tumor-bearing mice. This approach leads to the specific and efficient depletion of this cell population as confirmed by flow cytometry. Tumor volumes and lung metastases are evaluated in mice depleted of alveolar macrophages, to determine the role of these cells in the metastatic progression of breast cancer.

Here we describe the model and approach to study functions of pulmonary alveolar macrophages in cancer metastasis. To demonstrate the role of these cells in metastasis, the syngeneic (4T1) model of breast cancer in conjunction with the depletion of alveolar macrophage with clodronate liposomes was used.

El estudio de la función de los macrófagos alveolares en cáncer de mama metástasis

This paper describes the application of the syngeneic model of breast cancer (4T1) to the studies on a role of pulmonary alveolar macrophages in cancer ...

A Quantitative Sensory Testing Paradigm to Obtain Measures of Pain Processing in Patients Undergoing Breast Cancer Surgery

Chronic pain following surgery, persistent postsurgical pain, is an important highly prevalent condition contributing to significant symptom burden and lower quality of life. Persistent postsurgical pain is relatively refractory to treatment hence generating a high need for preventive strategies and treatments. Therefore, the identification of patients at risk of developing persistent pain is an area of active ongoing research. Recently it was demonstrated that peri-operative disruptions in central pain processing may be able to predict persistent postsurgical pain at long term follow-up in breast cancer patients. The aim of the current report is to present a short protocol to obtain pain thresholds to different stimuli at multiple sites and a measure of endogenous analgesia in breast cancer patients. We have used this method successfully in a clinical context and detail some representative results from a clinical study.

Persistent postsurgical pain may be related to changes in pain processing. By assessing pain in response to standardized stimuli, changes in pain processing can be elucidated. We present methods to obtain pain thresholds to different stimuli and a measure of endogenous analgesia in patients undergoing breast cancer surgery.

Un paradigma de prueba sensorial cuantitativo para obtener medidas del dolor en pacientes sometidos a cirugía de cáncer de mama

Chronic pain following surgery, persistent postsurgical pain, is an important highly prevalent condition contributing to significant symptom burden and ...

Skeletal Muscle Neurovascular Coupling, Oxidative Capacity, and Microvascular Function with 'One Stop Shop' Near-infrared Spectroscopy

Exercise represents a major hemodynamic stress that demands a highly coordinated neurovascular response in order to match oxygen delivery to metabolic demand. Reactive hyperemia (in response to a brief period of tissue ischemia) is an independent predictor of cardiovascular events and provides important insight into vascular health and vasodilatory capacity. Skeletal muscle oxidative capacity is equally important in health and disease, as it determines the energy supply for myocellular processes. Here, we describe a simple, non-invasive approach using near-infrared spectroscopy to assess each of these major clinical endpoints (reactive hyperemia, neurovascular coupling, and muscle oxidative capacity) during a single clinic or laboratory visit. Unlike Doppler ultrasound, magnetic resonance images/spectroscopy, or invasive catheter-based flow measurements or muscle biopsies, our approach is less operator-dependent, low-cost, and completely non-invasive. Representative data from our lab taken together with summary data from previously published literature illustrate the utility of each of these end-points. Once this technique is mastered, application to clinical populations will provide important mechanistic insight into exercise intolerance and cardiovascular dysfunction.

Skeletal Muscle Neurovascular Coupling, Oxidative Capacity, and Microvascular Function with &#039;One Stop Shop&#039; Near-infrared Spectroscopy

Here, we describe a simple, non-invasive approach using near-infrared spectroscopy to assess reactive hyperemia, neurovascular coupling and skeletal muscle oxidative capacity in a single clinic or laboratory visit.

Músculo esquelético Neurovascular acoplamiento, capacidad oxidativa y la función Microvascular con espectroscopia del infrarrojo cercano "Una parada tienda"

Exercise represents a major hemodynamic stress that demands a highly coordinated neurovascular response in order to match oxygen delivery to metabolic ...