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

1. créer des moules en silicone pour Inclusions tumorales simulant <ol><li> Ramassez les objets solides de la forme désirée et la taille qui peuvent servir de modèles pour des inclusions de tumeur simulant, par exemple, des perles ou des billes. </li><li> Nettoyer soigneusement les modèles de tumeurs. Afin d&#39;assurer un enlèvement facile du moule de silicone, les modèles de tumeurs peuvent être pulvérisées avec un anti-adhérent par pulvérisation ou recouverts d&#39;une mince couche de vaseline ou la cire d&#39;abeille. </li><li> Placez chaque modèle dans un carré paroi mince boîtier séparé (plastique) avec une surface lisse. Si nécessaire, fixer le modèle de la partie inférieure de la boîte pour le maintenir en position. Utilisation d&#39;une boîte qui est légèrement plus grand que le modèle de la tumeur elle-même pour éviter de perdre des quantités excessives de silicone. </li><li> Verser la quantité requise de composant silicone A dans un bol à mélanger et ajouter le composant B de silicone dans un rapport de 10: 1 en poids. Bien mélanger les deux composants. Eventuellement, une pompe à vide peut être utilisé pour éliminer les bulles d&#39;air du mélange de silicone. </li><li> Doucement pour le mélange de silicone dans la boîte en plastique pour éviter la formation de bulles. Le mélange de silicone doit être traité dans les 45 minutes pour obtenir des résultats optimaux. </li><li> Laisser le mélange de silicone pour solidifier au moins 6 heures avant de le couper et de retirer le moule du modèle de tumeur. Eventuellement, le moule en silicone peut être découpé selon un motif en zigzag pour lui permettre de s&#39;adapter ensemble arrière proprement. La force maximale de la silicone est obtenu au bout de 3 jours. </li></ol> 2. Créez solution saline tamponnée au Tris <ol><li> Créer une solution saline tamponnée au Tris (TBS) en ajoutant une solution de 6,1 g (50 mM) de Tris et 8,8 g (150 mM) de NaCl à 800 ml d&#39;eau désionisée. </li><li> Ajouter 1,0 g (15 mmol) de NaN3 pour bloquer l&#39;oxygénation de l&#39;hémoglobine (étape 3.3 et 4.4) et à inhiber la croissance bactérienne. ATTENTION: NaN 3 est un poison grave. Il peut être mortel en contact avec la peau ou ingestion. La toxicité de ce composé est comparable à celle des cyanures alcalins solubles et la dose mortelle pour un être humain adulteest d&#39;environ 0,7 g. Toujours suivre les consignes de sécurité fournies par le fabricant. </li><li> Ajuster le pH à 7,4 et porter le volume à 1000 ml avec de l&#39;eau désionisée. </li></ol> 3 Créer fluorescentes Inclusions <ol><li> Ajouter 2 g d&#39;agarose à 50 ml de TBS à partir de l&#39;étape 2 Le point de fusion plus élevé par rapport à de l&#39;agarose gélatine (étape 4.2) empêche les inclusions de se dissoudre et de fuite de colorant fluorescent lorsqu&#39;il est placé dans de la gélatine fondue. En option, la quantité d&#39;agarose ajouté peut être modifiée pour une ou 3 g d&#39;obtenir des inclusions plus tendres ou palpables tumorales, respectivement. </li><li> Chauffer la suspension d&#39;agarose en utilisant un four micro-ondes jusqu&#39;à ce que le point d&#39;ébullition est atteint. Mélangez soigneusement jusqu&#39;à ce que l&#39;agarose est complètement dissous. </li><li> Ajouter 1,1 g (17 mol) et de l&#39;hémoglobine 5 ml d&#39;Intralipid à 20% dissous dans 50 ml de TBS au mélange sous agitation constante agarose à ressembler à des caractéristiques optiques du tissu mammaire environnant fantôme (étape 4). </li><li> Ajouter 20,0 mg (250,8 pmoles) du colorant fluorescent vert d&#39;indocyanine à 83,8 ml d&#39;eau désionisée. Assurez-vous que le colorant soit complètement dissous. </li><li> Pipette 5,0 ml de cette solution et l&#39;ajouter au mélange d&#39;agarose pour obtenir une concentration finale de 14 uM. Eventuellement, d&#39;autres colorants fluorescents que l&#39;ICG peuvent être utilisés si on le désire avec leur concentration optimale. </li><li> Remplir délicatement les moules en silicone créés à l&#39;étape 1 avec le mélange agarose chaude à l&#39;aide d&#39;une seringue (figure 1A). Répétez ce processus jusqu&#39;à ce que toutes les moules sont remplis. </li><li> Laissez les inclusions fluorescentes se solidifient à la température ambiante pendant environ une heure. Protéger les inclusions de la lumière en couvrant l&#39;ensemble du moule de papier d&#39;aluminium. </li><li> Après solidification, ouvrez délicatement le moule et appuyez sur l&#39;inclusion (figure 1B). En option, utilisez la pointe de la seringue pour appliquer de petites gouttes de mélange agarose fondu sur la surface de l&#39;inclusion. En répétant ce processus plusieurs fois sur le même emplacement, petit tuéperons mor peuvent être créés pour simuler des tumeurs infiltrantes. </li><li> Protéger les inclusions d&#39;agarose de la lumière et de la déshydratation en les enveloppant dans du papier d&#39;aluminium et les stocker dans un réservoir de stockage humide à 4 ° C. REMARQUE: L&#39;utilisation de concentrations de colorant fluorescent inférieures ou supérieures à l&#39;optimum de concentration connue sera à la fois résultat en diminution de l&#39;intensité du signal fluorescent. La réduction apparemment paradoxal de l&#39;intensité du signal avec l&#39;augmentation des concentrations de colorant supérieures à la concentration optimale de colorant fluorescent est due à un phénomène connu sous le nom de trempe. Lors de l&#39;évaluation de la profondeur de pénétration maximale d&#39;un colorant fluorescent dans des fantômes, en utilisant la concentration optimale est obligatoire. </li></ol> 4 Créer Phantoms mammaires <ol><li> Obtenir un moule en forme de coupe afin de créer des fantômes mammaires de la taille désirée et le volume, par exemple, un bol en verre ou en plastique. Le moule doit avoir une surface lisse pour éviter la gélatine sous forme d&#39;adhérer au moule. Un volum moulee de 500 ml permettra de créer des fantômes du sein de taille suffisante. </li><li> Pour créer un fantôme du sein avec un volume de 500 ml, ajouter 50 g de gélatine 250 fleurs pour 500 ml de TBS (étape 2). Chauffer la suspension de la gélatine à 50 ° C sous agitation constante. </li><li> Une fois que la gélatine soit complètement dissoute, que le mélange de gélatine et refroidir progressivement le maintenir à une température constante de 35 ° C en utilisant un bain d&#39;eau chaude. </li><li> Sous agitation constante, ajouter 5,5 g (85 mmol) de l&#39;hémoglobine bovine et 25 ml d&#39;Intralipid à 20% pour simuler l&#39;absorption et la diffusion des photons dans le tissu, respectivement. </li><li> Prérefroidissement du moule en forme de coupelle à 4 ° C pendant au moins 1 heure. Verser ensuite le mélange de gélatine dans le moule à un niveau qui correspond à la profondeur prédéterminée de l&#39;insertion de la tumeur simulant agarose (figure 1C). Laisser le mélange de gélatine se solidifier à 4 ° C pendant 30 minutes à une heure. </li><li> Après solidification, positionner une inclusion agarose fluorescent simulant une tumeur à la surface de<html> le fantôme et temporairement rivent l&#39;inclusion avec une petite aiguille. Jusqu&#39;à un maximum de trois inclusions fluorescentes simulant une tumeur peuvent être incorporés dans un seul fantôme du sein. Un espace suffisant (au moins 5 cm) doit être maintenue entre inclusions tumorales simulant individuels (Figure 1D). </li><li> Verser le reste du mélange de gélatine à chaud dans le volume restant du moule, ce qui permet l&#39;adhérence de ces deux couches, sans créer d&#39;artefacts de réfraction. Marquer l&#39;emplacement des inclusions de tumeurs fluorescentes simuler sur le moule. Laissez le fantôme solidifier O / N à 4 ° C. </li><li> Une fois solidifié, enlever les aiguilles utilisées pour la fixation temporaire des inclusions et retirez délicatement le fantôme du sein de son moule (figure 1E). Protéger le fantôme du sein de la lumière et de la déshydratation en l&#39;enveloppant dans une feuille d&#39;aluminium et le stocker dans un réservoir de stockage humide à 4 ° C. </li></ol><html> ure 1 &quot;fo: contenu width =&quot; 5 pouces &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg &quot;width =&quot; 500 &quot;/&gt; Figure 1: les étapes séquentielles consistant à créer des fantômes mammaires tumorales contenant des inclusions simulant fluorescents. Après la création des moules en silicone de la forme et de la taille désirée, les moules sont remplis avec le mélange fondu d&#39;agarose à l&#39;aide d&#39;une seringue (A). inclusions de tumeur simulant de taille et de forme différentes ont été produites dans la présente étude (B). Ensuite, une mince couche de mélange de gélatine fondue est coulée dans un moule revêtu de mesure du sein en bois (C). Après solidification, les inclusions de tumeurs simulant sont positionnés, obsédés temporairement, et recouverts d&#39;une couche de mélange de gélatine fondue (D). Après solidification, le fantôme du sein est doucement retiré de son moule (E). Le spectre peut alors être appliquée pour simuler diverses applications d&#39;imagerie NIRF (F).ref = &quot;/ files / ftp_upload / 51776 / 51776fig1highres.jpg&quot; target = &quot;_blank&quot;&gt; S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. 5 Réglez le système de caméra NIRF <ol><li> Système d&#39;appareil photographique pour une application intra-opératoire NIRF est nécessaire pour simuler l&#39;imagerie par NIRF ciblée dans la chirurgie du cancer du sein. Plusieurs systèmes d&#39;imagerie pour NIRF en temps réel NIRF peropératoire imagerie sont actuellement disponibles pour utilisation expérimentale. Bien qu&#39;il existe certaines différences entre ces dispositifs, ils contiennent tous une source de lumière d&#39;excitation (l&#39;excitation des inclusions de tumeurs fluorescentes) et un dispositif d&#39;imagerie hautement sensible pour la détection des photons émis. </li><li> Assurez-vous d&#39;utiliser une source de longueur d&#39;onde suffisante de lumière d&#39;excitation. Pour les inclusions simulant une tumeur contenant l&#39;ICG, utiliser une source de lumière d&#39;excitation (par exemple laser) qui émet des photons entre 750 et 800 nm. Si un colorant fluorescent alternative est utilisée, la longueur d&#39;onde d&#39;excitation doit être ajustée conforme la ma<html> les instructions du fabricant concerné. </li><li> Dans le cas où le système de caméra NIRF contient un filtre d&#39;émission pour filtrer les bruits de fond indésirables, assurez-vous que le bon filtre est utilisé. Pour inclusions tumorales simulant contenant ICG, utiliser un filtre d&#39;émission entre 800 et 850 nm. Colorants fluorescents alternatifs peuvent nécessiter filtres d&#39;émission différentes, selon les instructions du fabricant. REMARQUE: Assurez-vous qu&#39;il existe un chevauchement nul entre l&#39;excitation et la longueur d&#39;onde d&#39;émission pour éviter les images trop saturées. En outre, le temps d&#39;acquisition d&#39;image peut être ajustée pour obtenir des images fluorescentes optimales. Dans le cas des inclusions fluorescentes profondément enracinés ou des signaux fluorescents faibles, l&#39;image du temps d&#39;acquisition peut être augmentée jusqu&#39;à plusieurs secondes à min. Dans le cas d&#39;inclusions superficielles ou des signaux fluorescents solides, le temps d&#39;acquisition peut être réduit à quelques millisecondes pour tenir compte du taux vidéo imagerie de fluorescence en temps réel. </li></ol>e &quot;&gt; 6. Simulation des demandes NIRF imagerie en chirurgie du cancer du sein <ol><li> Prendre le sein fantôme simulant un tissu de son récipient et placez-le sur une surface plane non fluorescent. Ensuite, placer le dispositif de formation d&#39;image au-dessus de la NIRF fantôme du sein, en laissant une distance de travail suffisant pour l&#39;excision des inclusions de tumeurs simuler. </li><li> Localiser l&#39;inclusion fluorescent tumeur simulant NIRF utilisant l&#39;imagerie et / ou la palpation du sein fantôme. Dans le cas où aucun signal de fluorescence peut être détectée, l&#39;inclusion est soit placé trop profondément dans le fantôme pour la détection ou le temps d&#39;acquisition d&#39;image doit être augmentée. </li><li> Une fois que l&#39;inclusion est localisée, inciser le fantôme du sein et enlever l&#39;inclusion de la tumeur simulant sous en temps réel NIRF d&#39;orientation à l&#39;aide d&#39;instruments chirurgicaux classiques. Alternativement, l&#39;inclusion peut être excisé guidé uniquement par inspection visuelle et palpation du fantôme du sein pour simuler la norme des soins. </li><li> Directement après l&#39;enlèvementde l&#39;inclusion de la tumeur simulant, l&#39;image de la cavité chirurgicale pour toute activité fluorescent restant indiquant excision insuffisante. </li><li> Dans le cas d&#39;une activité fluorescente restant, exciser le reste de l&#39;inclusion, sous la direction de NIRF directe jusqu&#39;à aucun signal fluorescent est à gauche. </li><li> L&#39;image des fragments de fantômes excisées pour simuler macroscopique évaluation de l&#39;état de la marge NIRF guidée. Présentes, coupez le tissu fantôme en 3 - 5 plaques mm et l&#39;image des plaques en conséquence. Le signal de fluorescence atteint dans les marges chirurgicales indique l&#39;existence de marges chirurgicales positives. </li></ol>

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Les auteurs n&#39;ont rien à divulguer.

Nous avons simulé des applications cliniques potentielles de BCS NIRF guidées par l&#39;utilisation de fantômes en forme de sein avec des inclusions de tumeurs simulation intégrés. Localisation peropératoire de la tumeur, la résection de la tumeur NIRF guidée, l&#39;évaluation de l&#39;étendue de la chirurgie, et l&#39;évaluation des marges chirurgicales post-opératoires ont été trouvées tout réalisable en utilisant un système de caméra NIRF construire sur mesure. Détection non invasive de la tumeur i...

chirurgie mammaire conservatrice (BCS) suivie d&#39;une radiothérapie est le traitement standard pour les patients atteints de cancer du sein avec T 1-T 2 carcinome du sein 1,2. Inexactitudes dans l&#39;évaluation peropératoire de la mesure de résultat de la chirurgie des marges chirurgicales positives dans 20 à 40% des patients qui ont subi BCS, nécessitant une intervention chirurgicale supplémentaire ou une radiothérapie 3,4,5. Bien résection étendue des tissus sains adjacents du sein pourrait réduire la fréquence des marges chirurgicales positives, ce sera aussi entraver le résultat esthétique et augmenter comorbidité 6,7. De nouvelles techniques sont donc nécessaires que de fournir une rétroaction sur la position peropératoire de la tumeur primaire et l&#39;étendue de la chirurgie. L&#39;imagerie optique, en particulier la fluorescence dans le proche infrarouge (NIRF) d&#39;imagerie, peut réduire la fréquence des marges chirurgicales positives suivantes BCS en fournissant au chirurgien un outil de localisation de la tumeur avant et en per-opératoire rEAL-temps. Récemment, notre groupe a rapporté sur le premier essai chez l&#39;humain de l&#39;imagerie de fluorescence de la tumeur ciblée chez les patients atteints de cancer de l&#39;ovaire, montrant la faisabilité de cette technique pour détecter des tumeurs primaires et des métastases par voie intrapéritonéale avec une sensibilité élevée 8. Avant de procéder à des études cliniques chez des patients atteints de cancer du sein, toutefois, la possibilité d&#39;NIRF différentes applications d&#39;imagerie de tumeurs ciblées dans BCS peut déjà être évaluée en utilisant des fantômes préclinique. Le protocole de recherche suivant décrit l&#39;utilisation de l&#39;imagerie NIRF dans des fantômes de simulation de tissus mammaires contenant des inclusions de tumeurs fluorescentes simulant 9. Les fantômes constituent un outil peu coûteux et polyvalent pour simuler la résection localisation de la tumeur avant et peropératoire, en temps réel NIRF-guidé tumeur, l&#39;évaluation de l&#39;état de la marge chirurgicale, et la détection de la maladie résiduelle. Les fantômes gélatineux ont des propriétés élastiques semblables au tissu humain et peuvent être coupés à l&#39;aide de classiqueinstruments urgical. Au cours de la procédure chirurgicale simulé, le chirurgien est guidé par l&#39;information tactile (dans le cas d&#39;inclusions palpables) et l&#39;inspection visuelle de la zone opératoire. En outre, l&#39;imagerie NIRF est appliquée pour fournir au chirurgien un retour d&#39;information en temps réel sur la mesure per-opératoire de chirurgie. Il convient de souligner que l&#39;imagerie NIRF nécessite l&#39;utilisation de colorants fluorescents. Idéalement, les colorants fluorescents doivent être utilisés qui émettent des photons dans la plage spectrale de l&#39;infrarouge proche (650-900 nm) afin de minimiser l&#39;absorption et la diffusion des photons par des molécules physiologiquement abondantes dans les tissus (par exemple, l&#39;hémoglobine, les lipides, l&#39;élastine, le collagène, et de l&#39;eau) 10,11. En outre, autofluorescence (c.-à-, l&#39;activité de fluorescence intrinsèque dans les tissus en raison de réactions biochimiques dans les cellules vivantes) est minimisé dans le domaine du proche infrarouge du spectre, ce qui entraîne des ratios optimaux 11 tumeur à-fond. En conjuguant NIRF teint de tumeur targeted fragments (par exemple, des anticorps monoclonaux), l&#39;administration ciblée de colorants fluorescents peuvent être obtenus pour des applications d&#39;imagerie per-opératoires. Comme l&#39;oeil humain est insensible à la lumière dans la plage spectrale de l&#39;infrarouge proche, un dispositif de caméra très sensible est nécessaire pour l&#39;imagerie NIRF. Plusieurs systèmes d&#39;imagerie NIRF pour l&#39;utilisation peropératoire ont été développés jusqu&#39;à présent 12. Dans la présente étude, nous avons utilisé une coutume construire NIRF système d&#39;imagerie qui a été développé pour une application peropératoire en collaboration avec l&#39;Université technique de Munich. Le système permet l&#39;acquisition simultanée des images en couleurs et des images de fluorescence. Pour améliorer la précision des images de fluorescence, un système de correction est mis en œuvre pour des variations d&#39;intensité de lumière dans le tissu. Une description détaillée est fournie par 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

Inexactitudes dans la localisation de la tumeur peropératoire et l&#39;évaluation des résultats de la marge chirurgicale dans le résultat sous-optimal de la chirurgie mammaire conservatrice (CMC). L&#39;imagerie optique, en particulier d&#39;imagerie par fluorescence dans le proche infrarouge (NIRF), peut réduire la fréquence des marges chirurgicales positives suivant BCS en fournissant au chirurgien un outil de localisation de la tumeur avant et peropératoire en temps réel. Dans l&#39;étude actuelle, le potentiel de BCS NIRF-guidée est évaluée en utilisant des fantômes de tissu mammaire simulant pour des raisons de fins de normalisation et de formation. fantômes de sein avec des caractéristiques optiques comparables à celles du tissu mammaire normal ont été utilisés pour simuler la chirurgie mammaire conservatrice. Tumeur simulant inclusions contenant le colorant fluorescent vert d&#39;indocyanine (ICG) ont été incorporés dans les fantômes à des endroits prédéfinis et imagé pour la localisation de la tumeur avant et peropératoire, la résection de la tumeur en temps réel NIRF-guidée, NIRF-guidéeévaluation de l&#39;étendue de la chirurgie, et l&#39;évaluation des marges chirurgicales post-opératoires. Une caméra NIRF mesure a été utilisée comme un prototype clinique à des fins d&#39;imagerie. fantômes mammaires contenant des inclusions de tumeurs simulation offrent un outil simple, peu coûteux et polyvalent pour simuler et évaluer l&#39;imagerie peropératoire de la tumeur. Les fantômes gélatineux ont des propriétés élastiques semblables au tissu humain et peuvent être coupés à l&#39;aide d&#39;instruments chirurgicaux classiques. De plus, les fantômes et contiennent de l&#39;hémoglobine pour l&#39;intralipide imitant absorption et la diffusion de photons, respectivement, ce qui crée des propriétés optiques uniformes semblables à un tissu de sein humain. Le principal inconvénient de l&#39;imagerie NIRF est la profondeur de pénétration limitée de photons lors de la propagation à travers le tissu, ce qui empêche (non invasif) imagerie de tumeurs profondes avec les stratégies épi-illumination.

Les résultats de cette étude ont été rapportés ailleurs 9. Nos données montrent que l&#39;imagerie NIRF peut être appliquée pour détecter les inclusions de tumeurs fluorescentes en simulant des fantômes de tissu mammaire simulant, en simulant une chirurgie mammaire conservatrice NIRF guidée chez les patients atteints de cancer du sein. L&#39;utilisation de notre modèle fantôme, nous avons trouvé localisation peropératoire de la tumeur, la résection de la tumeur NIR...

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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 simulant un tissu pour l&#39;évaluation du potentiel proche infrarouge Applications d&#39;imagerie de fluorescence en chirurgie du cancer du sein

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

12.1K vues.  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.

In vivo par fluorescence dans le proche infrarouge (NIRF) intravasculaire d&#39;imagerie moléculaire de la plaque inflammatoire, une approche multimodale d&#39;imagerie de l&#39;athérosclérose

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

Recherche

Médecine

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.

Multi-modale d&#39;imagerie de l&#39;angiogenèse dans un modèle de rat nu des métastases osseuses du cancer du sein par imagerie par résonance magnétique, la tomodensitométrie et volumétrique ultrasons

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.

Profilage de microARN œstrogène réglementés dans les cellules du cancer du sein

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.

Volontaire Technique apnée pour la réduction de coeur dose en radiothérapie du sein gauche

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.

Dans vivo et ex vivo approches pour étudier Cancer de l&#39;ovaire métastatique colonisation de Lactée spot Structures en péritonéale adipeux

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.

Génération des médias et applications Organ-conditionnés pour l&#39;étude Influences spécifiques d&#39;organes sur le cancer du sein métastatique Comportement

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.

Combiné proche infrarouge imagerie fluorescente et la tomographie par Micro-calculé pour Directement Visualizing cérébrale thromboembolies

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.

L&#39;étude du rôle des macrophages alvéolaires dans le cancer du sein métastase

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 paradigme de test sensoriel Quantitative pour obtenir des mesures de traitement chez les Patients qui subissent une chirurgie du Cancer du sein de la douleur

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.

Couplage neurovasculaire Muscle squelettique, la capacité oxydative et microvasculaire fonction avec « One Stop Shop » de spectroscopie proche infrarouge

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