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

1 종양 시뮬레이션 흠을 위해 실리콘 금형 만들기 <ol><li> 종양 시뮬레이션 흠, 예를 들면, 구슬 또는 구슬을위한 모델 역할을 할 수 원하는 모양과 크기의 고체 항목을 수집합니다. </li><li> 철저하게 종양 모델을 청소합니다. 실리콘 몰드로부터 쉽게 제거를 보장하기 위해, 종양 모델은 안티 - 스틱 스프레이 분무 또는 바셀린 또는 밀랍의 얇은 층으로 피복 될 수있다. </li><li> 표면이 매끄러운 별도의 얇은 벽으로 둘러싸인 사각형 (플라스틱) 상자에 각 모델을 놓습니다. 필요한 경우, 위치에 유지 상자의 바닥을 흥분시키는 모델. 실리콘 과도한 양의 낭비를 방지 할 수있는 종양 모델 자체보다 약간 더 큰 상자를 사용합니다. </li><li> 믹싱 그릇에 실리콘 성분의 필요한 양을 붓고 10에 실리콘 성분 B를 추가 : 1 중량 비율입니다. 철저하게 두 구성 요소를 섞는다. 선택적으로, 진공 펌프는 실리콘 혼합물로부터 기포를 제거하기 위해 사용될 수있다. </li><li> 부드럽게 포기포가 포착되지 않도록 플라스틱 상자에 실리콘 혼합물을 통해 UR. 실리콘 혼합물은 최적의 결과를 얻기 위해 45 분 내에서 처리되어야한다. </li><li> 실리콘 혼합물을 금형 절단 및 종양 모델을 제거하기 전에 적어도 6 시간 동안 고화하자. 선택적으로, 실리콘 몰드는 완전히 다시 함께 맞 있도록 지그재그로 절단 할 수있다. 실리콘의 최대 강점은 삼일 후에 얻을 수있다. </li></ol> 2 트리스 완충 생리 식염수 만들기 <ol><li> 6.1 g (50 mM)을 트리스 8.8 g 800 ml의 탈 이온수에 (150 밀리미터)의 NaCl을 추가하여 트리스​​ - 완충 생리 식염수 (TBS) 솔루션을 만듭니다. </li><li> 헤모글로빈 (단계 3.3 및 4.4)의 산소를 차단하고 세균의 성장을 억제하는 NaN의 3의 1.0 g (15 밀리몰)를 추가합니다. 주의 : NaN3가 심한 독성이다. 그것은 피부 또는 삼키면 접촉 치명적일 수있다. 이러한 화합물의 독성은 성인 인간에 대한 용해성 알칼리 시안화물 및 치사량의 것과 비교할약 0.7 g이다. 제조사로부터 제공된 항상 안전 지침을 따르십시오. </li><li> 7.4으로 pH를 조정하고 탈 이온수로 1,000 ml의 볼륨을 가지고. </li></ol> 3 형광 흠 만들기 <ol><li> 용해 및 용융 젤라틴에 배치 될 때, 형광 색소의 누출을 방지 할 수 개재물 2 단계 젤라틴 (단계 4.2)에 비해 높은 아가의 융점으로부터 50 ML의 TBS에 2g 아가 로스를 추가한다. 선택적으로, 추가 된 아가로 오스의 양은 각각 연질 또는 만져서 종양 개재물을 얻기 위해 하나 또는 3g로 변경 될 수있다. </li><li> 끓는점에 도달 할 때까지 마이크로파를 이용하여 아가 로스 슬러리를 가열한다. 아가로 오스가 완전히 용해 될 때까지 충분히 교반 하였다. </li><li> 1.1 g (17 μmol의) 헤모글로빈 및 intralipid 20 %가 주변 유방 팬텀 조직 (4 단계)의 광학 특성을 닮은 일정한 교반 아가로 오스 혼합물에 TBS의 50 ㎖에 녹이고 5 ML을 추가합니다. </li><li> (25 20.0 mg의 추가탈 이온수 83.8 ml의 녹색 인도시 아닌 형광 염료의 0.8 μmol의). 염료가 완전히 용해되어 있는지 확인합니다. </li><li> 피펫 용액에서 5.0 ml의 혼합물을 아가 로스에 추가 14 μM의 최종 농도를 얻었다. 자신의 최적 농도가 필요한 경우 선택적, ICG 이외 형광 염료가 사용될 수있다. </li><li> 부드럽게 주사기 (도 1A)를 사용하여 아가로 뜨거운 혼합물 1 단계에서 생성 된 실리콘 몰드를 채우기. 모든 곰팡이가 작성 될 때까지이 과정을 반복합니다. </li><li> 형광 개재물 약 1 시간 동안 RT에서 고화하자. 알루미늄 호일로 전체 금형을 포함하여 빛의 흠을 보호합니다. </li><li> 응고 후, 부드럽게 금형을 열고 포함 (그림 1B)를 밖으로 누릅니다. 선택적으로, 포함의 표면에 용융 아가 혼합물의 작은 방울을 적용하는 주사기의 끝을 사용한다. 작은 TU 동일한 위치에이 과정을 여러 번 반복함으로써MOR 박차는 침윤성 종양을 시뮬레이션을 만들 수 있습니다. </li><li> 알루미늄 호일에 싸서 빛과 탈수에서 아가로 오스 흠을 보호하고 4 ° C에서 가습 된 저장 용기에 저장합니다. NOTE : 공지 된 최적 농도보다 낮거나 높은 형광 염료의 농도를 사용하는 감소 된 형광 신호 강도 모두 결과. 최적의 형광 염료 농도 위에 염료의 농도가 증가함에 따라 신호 강도의 감소는 겉보기 어긋 담금질으로 알려진 현상​​에 기인한다. 최적의 농도를 이용하여, 팬텀에서 형광 염료의 최대 깊이 침투를 평가할 때 필수적이다. </li></ol> 유방 팬텀 만들기 (4) <ol><li> 원하는 크기와 볼륨, 예를 들면, 유리 또는 플라스틱 그릇의 유방 팬텀을 만들 수있는 컵 모양의 금형을 얻습니다. 주형은 주형에 부착 젤라틴 형태 않도록 매끄러운 표면을 가져야한다. 몰드 있습니다 volum500 ML의 전자는 충분한 크기의 유방 팬텀을 생성합니다. </li><li> 500 ML의 볼륨 가슴 팬텀을 만들려면 500 ML의 TBS (2 단계)에 젤라틴 250 만개의 50g를 추가합니다. 일정하게 교반하면서 50 ° C에 젤라틴 슬러리를 가열. </li><li> 젤라틴이 완전히 용해되면, 젤라틴 혼합물을 서서히 냉각하자 온수 조를 이용하여 35 ° C의 일정 온도를 유지한다. </li><li> 일정하게 교반하면서, 각각의 조직에서의 광자의 흡수와 산란을 시뮬레이션 5.5 g (85 ​​밀리몰) 소 헤모글로빈, 25 ㎖의 20 % intralipid 추가. </li><li> 적어도 1 시간 동안 4 ° C에 컵 모양의 금형을 Prechill. 이어서, 아가 로스 종양 시뮬레이션 포함 (도 1C)의 소정의 깊이에 상당 수준으로 금형 젤라틴 혼합물을 붓는다. 젤라틴 혼합물을 한 시간에 30 분 동안 4 ° C에서 고화 보자. </li><li> 응고 후, 표면에 종양 시뮬레이션 형광 아가 포함 위치<html> 팬텀 일시적 작은 바늘 포함을 흥분시키는. 세 종양 시뮬레이션 형광 개재물의 최대까지 단일 유방 점선으로 혼입 될 수있다. 충분한 공간 (최소 5cm)은 개별 종양 시뮬레이션 흠 (그림 1D) 사이에 유지되어야한다. </li><li> 굴절 아티팩트들을 생성하지 않고 두 층의 접착을 허용 잔여 몰드 부피 따뜻한 젤라틴 혼합물의 나머지를 붓는다. 몰드에 형광 종양 시뮬레이션 개재물의 위치를​​ 표시한다. 팬텀은 4 ° C에서 O / N을 강화하자. </li><li> 일단 응고, 개재물의 임시 고정에 사용되는 바늘을 제거하고 부드럽게 금형 (그림 1E)에서 유방 팬텀을 제거합니다. 알루미늄 호일에 싸서 빛과 탈수에서 유방 팬텀을 보호하고 4 ° C에서 가습 된 저장 용기에 보관합니다. </li></ol><html> 우레 일 &quot;FO : 콘텐츠 너비 =&quot;5 인치 &quot;SRC =&quot;/ 파일 / ftp_upload / 51,776 / 51776fig1highres.jpg &quot;너비 =&quot;500 &quot;/&gt; 도 형광 종양 시뮬레이션 개재물을 함유 유방 팬텀을 생성 순차 단계는 1. 원하는 모양 및 크기의 실리콘 주형을 만든 후, 금형은 주사기 (A)를 사용하여 용융 된 혼합물을 아가로 채워진다. 크기 및 형태를 상이한 종양 시뮬레이션 개재물은 현재 연구 (B)에서 제작 하였다. 이어서, 용융 혼합물을 젤라틴의 얇은 층이 코팅 된 커스터마이즈 나무 유 금형 (C)에 붓는다. 응고 후, 종양 시뮬레이션 흠, 위치 일시적으로 집착하고, 녹인 젤라틴 혼합물 (D)의 다른 층으로 덮여있다. 응고 후, 유방 팬텀은 부드럽게 금형 (E)에서 제거됩니다. 팬텀은 시뮬레이션 다양한 NIRF 이미징 애플리케이션 (F)에 적용 할 수 있습니다.REF = &quot;/ 파일 / ftp_upload / 51,776 / 51776fig1highres.jpg&quot;대상 = &quot;_ 빈&quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 5 NIRF 카메라 시스템을 설정 <ol><li> 수술 응용 프로그램에 대한 NIRF 카메라 시스템은 유방암 수술 대상 NIRF 영상을 시뮬레이션이 필요합니다. 실시간 수술 NIRF 이미징을위한 몇 가지 NIRF 이미징 시스템은 임상 사용을위한 현재 사용할 수 있습니다. 이들 장치 사이에 어떤 차이가 존재하지만, 그들 모두는 (형광 종양 개재물의 여진 용) 여기 광원 및 방출 광자 검출을위한 고감도 촬상 장치를 포함한다. </li><li> 충분한 파장의 여기 광원을 사용하여주십시오. ICG 함유 종양 시뮬레이션 개재물 들어, 750 및 800 nm의 사이에서 광자를 방출하는 여기 광원 (예컨대, 레이저)를 사용한다. 다른 형광 염료가 사용되는 경우, 여기 파장 (MA)를 따르는 조정되어야<html> nufacturer의 지시. </li><li> 경우에 NIRF 카메라 시스템은 원치 않는 신호를 필터링 올바른 필터를 사용하고 있는지 확인하기 위해 방출 필터가 포함되어 있습니다. ICG 함유 종양 시뮬레이션 개재물 들어, 800 및 850 nm의 사이에서 방사 필터를 사용한다. 대체 형광 염료는 제조업체의 지시에 따라 다른 배출 필터를 필요로 할 수있다. 참고 : 여기 및 과포화 이미지를 방지하기 위해 방출 파장 사이의 제로 중복이 없도록합니다 있는지 확인하십시오. 또한, 영상 획득 시간은 최적의 형광 이미지를 얻기 위해 조정될 수있다. 깊은 장착 형광 개재물 또는 약한 형광 신호의 경우에, 영상 획득 시간 min으로 몇 초를 위해 증가 될 수있다. 표면 흠이나 강한 형광 신호의 경우에, 획득 시간은 실시간 비디오 레이트 형광 이미징을 허용하도록 몇몇 밀리로 감소 될 수있다. </li></ol>유방암 수술에서 NIRF 이미징 응용 프로그램의 전자 &quot;&gt; 6. 시뮬레이션 <ol><li> 컨테이너에서 조직 시뮬레이션 유방 팬텀을 가지고 평면 비 형광 표면에 놓습니다. 이어서, 종양 시뮬레이션 개재물의 절제를위한 충분한 작동 거리를두고, 유방 팬텀 상기 NIRF 촬상 장치를 배치. </li><li> NIRF 이미징 및 / 또는 팬텀 유방의 촉진을 사용하여 종양 시뮬레이션 형광 포함 지역화. 어떠한 형광 신호가 검출 할 수없는 경우에, 포함은 어느 검출 또는 이미지 획득 시간이 증가되어야위한 팬텀에 너무 깊이 위치된다. </li><li> 포함 지역화되면, 팬텀 가슴을 절개하고 기존의 수술 도구를 사용하여 실시간 NIRF -지도하에 종양 시뮬레이션 포함을 제거합니다. 또한, 포함은 표준 진료를 시뮬레이션하기 위해 육안 검사 및 유방 팬텀의 촉진에 의해서만 인도는 절개 할 수 있습니다. </li><li> 직접 제거 후불충분 절제를 나타내는 남아있는 형광 활동에 대한 종양 시뮬레이션 포함, 이미지 외과 공동의. </li><li> 더 형광 신호가 남아 있지 때까지 남아있는 형광 활동의 경우, 직접 NIRF의지도하에 포함 잔해를 절제. </li><li> 절개 된 팬텀 조각 이미지 NIRF 유도 거시적 마진 상태 평가를 시뮬레이션 할 수 있습니다. 플라크 따라 5 ㎜ 플라크 및 이미지 - 본원은 3 팬텀 조직 슬라이스. 절제에 도달 형광 신호는 긍정적 인 절제의 존재를 나타냅니다. </li></ol>

<ol>
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우리는 통합 된 종양 시뮬레이션 흠 유방 모양의 팬텀의 사용을 통해 NIRF 유도 BCS의 잠재적 인 임상 응용 프로그램을 시뮬레이션. 수술 중 종양 현지화, NIRF 유도 종양 절제술, 수술의 범위에 대한 평가, 절제 수술 후 평가는 모든 사용자 지정 빌드 NIRF 카메라 시스템을 사용 가능한 발견되었다. 형광 종양 시뮬레이션 개재물의 비 침습 검출 2cm 이하의 깊이에서 팬텀 조직에 위치 개재물에만 가능 하...

방사선이어서 유방 보전 수술 (BCS)는 1 T 2 - T 1,2 유방암 유방암 환자의 표준 치료이다. 추가 수술 적 치료 또는 방사선 치료 3,4,5을 필요로, BCS를받은 환자의 20~40% 긍정적 절제 수술 결과의 범위의 수술 평가에서 부정확. 인접한 건강한 유방 조직의 광범위한 절제가 긍정적 인 절제의 빈도를 줄일 수 있지만,이 또한 화장품 결과를 방해와 동반 질환의 6,7 증가 할 것이다. 새로운 기술은 따라서 일차 종양의 위치 및 수술의 범위에 대한 피드백을 제공하는 수술이 필요하다. 광학 이미징, 특히 근적외선 형광 (NIRF) 이미징, 연구의 전 및 수술 중 종양 현지화를위한 도구로 의사를 제공하여 BCS 다음과 같은 긍정적 인 절제의 빈도를 줄일 수 있습니다EAL 시간. 최근 우리 그룹은 고감도 8 차 종양 및 복강 내 전이를 감지하는이 기술의 가능성을 보여주는, 난소 암 환자의 종양 표적 형광 이미징의 첫번째에서 인간 재판에보고했다. 유방암 환자에서 임상 연구를 진행하기 전에, 그러나, BCS의 다양한 종양 타겟팅 NIRF 이미징 응용의 가능성은 이미 전임상 팬텀을 이용하여 평가할 수있다. 다음 연구 프로토콜은 형광 종양 시뮬레이션 개재물 구 함유 유방 조직 시뮬레이션 팬텀에 NIRF 이미징의 사용을 설명한다. 팬텀은 전 및 수술 중 종양 현지화, 실시간 NIRF 유도 종양 절제술, 절제 상태의 평가 및 잔류 질병의 검출을 시뮬레이션 할 수있는 저렴하고 다양한 도구를 제공합니다. 젤라틴 형 팬텀은 인체 조직과 유사한 탄성 특성을 가지며 기존의 발을 이용하여 절단 할 수있다urgical 악기. 모의 수술 도중 외과 의사는 (만져서 개재물의 경우) 촉각 정보 및 수술 분야의 육안 검사에 의해 안내된다. 또한, 촬상 NIRF 수술의 범위에 실시간 피드백 수술 외과를 제공하기 위해 적용된다. 그것은 NIRF 촬상 형광 염료의 사용을 필요로하는 것이 강조되어야한다. 이상적으로, 형광 염료는 근적외선 스펙트럼 영역에서의 광자 방출하는 표기 (650-900 nm의) 조직 생리 풍부한 분자에 의한 광자의 흡수와 산란을 최소화하는 (예, 헤모글로빈, 지질, 엘라스틴, 콜라겐, 물) 10, 11. 또한, 자기 형광 (즉, 살아있는 세포에서 생화학 적 반응에 의한 조직에서의 극한 형광 활성) 최적 종양 대 백그라운드 비율 11의 결과로, 근적외선 스펙트럼 범위에서 최소화된다. 컨쥬 게이트에 의해 NIRF는 종양 타지에 염료테드 잔기 (예를 들어, 모노클로 날 항체), 형광 염료의 표적 전달이 수술 이미징 애플리케이션에 대해 얻을 수있다. 인간의 눈은 근적외선 스펙트럼 영역의 광 둔감하기 때문에, 고감도 카메라 장치는 촬상 NIRF 요구된다. 수술 용도 NIRF 여러 이미징 시스템 (12)은 지금까지 개발되고있다. 현재의 연구에서, 우리는 사용자 정의 뮌헨 기술 대학과 공동으로 수술 응용 프로그램에 대한 개발 NIRF 이미징 시스템을 구축 사용했다. 시스템은 컬러 이미지 및 형광 화상의 동시 수집을 허용한다. 형광 이미지의 정확도를 향상시키기 위해, 보정 방식은 조직에서의 광 강도의 변화에​​ 대해 구현된다. 상세한 설명은 Themelis 등에 의해 제공된다. 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

수술 중 종양의 현지화 및 유방 보존 수술 (BCS)의 최적 결과에 절제 상태 결과 평가에서 부정확. 광학 이미징, 특히 근적외선 형광 (NIRF) 영상에 실시간으로 사전 및 수술 중 종양 현지화를위한 도구로 의사를 제공하여 BCS 다음과 같은 긍정적 인 절제의 빈도를 줄일 수 있습니다. 현재 연구에서, NIRF 유도 BCS의 전위 표준화 및 훈련 목적의 이유로 유방 조직 시뮬레이션 팬텀을 이용하여 평가된다. 정상적인 유방 조직의 것과 유사한 광학 특성을 갖는 유방 팬텀 유방 절약 수술 시뮬레이션을 위해 사용되었다. 종양 시뮬레이션 형광 염료 인도 사이 아닌 그린 (ICG)를 포함 흠은 미리 정의 된 위치에서 팬텀에 통합하고 전 및 수술 중 종양 현지화, 실시간 NIRF 유도 종양 절제술, NIRF가 유도를 위해 몇 군데 있었다수술의 범위에 대한 평가, 절제 수술 후 평가. 커스터마이즈 NIRF 카메라는 촬상 목적 임상 프로토로서 사용 하였다. 종양 시뮬레이션 내포물을 포함하는 유방 팬텀은 시뮬레이션 및 수술 중 종양 영상을 평가하는 간단하고 저렴하고 다양한 도구를 제공합니다. 젤라틴 팬텀은 인체 조직과 유사한 탄성 특성을 가지고 있으며 기존의 수술 도구를 사용하여 절단 할 수 있습니다. 또한, 팬텀은 각각 광자의 흡수와 산란을 흉내 낸 인간의 유방 조직과 유사한 균일 한 광학 특성을 만들기위한 헤모글로빈 i​​ntralipid가 포함되어 있습니다. 에피 조명 전략 뿌리 깊은 종양 (비 침습적) 영상을 방해하는 조직을 통해 전파 할 때 NIRF 이미징의 주요 단점은 광자의 제한된 침투 깊이이다.

본 연구의 결과는 이전에 다른 곳에서 구보고되었다. 우리의 데이타는 NIRF 촬상 유방암 환자에서 유방 NIRF 유도 보전 수술 시뮬레이션, 유방 조직 시뮬레이션 팬텀 형광 종양 시뮬레이션 개재물을 검출하도록 적용될 수 있다는 것을 보여준다. 우리의 팬텀 모델을 사용하여, 우리는 실현 가능한 (그림 2) 수술 중 종양 현지화, NIRF 유도 종양 절제 수술 공동 ...

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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.

유방암 수술의 잠재적 인 근적외선 형광 이미징 응용 프로그램을 평가하는 팬텀을 조직 시뮬레이션

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

tissue-simulating-phantoms-for-assessing-potential-near-infrared

Research

JoVE Journal

Medicine

12.0K 조회수.  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.

염증성 플라크의 적외선 형광 (NIRF) Intravascular 분자 이미징, Multimodal 접근 가까운 생체내에서 죽상 경화증의 영상을

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

연구

의학

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.

자기 공명 영상, 체적 계산의 Tomography 및 초음파를 이용한 유방암의 뼈 전이의 누드 쥐 모델에서 Angiogenesis의 멀티 모달 이미징

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.

유방암 세포에서 에스트로겐 조절 마이크로 RNA의 프로파일

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.

왼쪽 유방 방사선 치료에 심장 선량 감소를위한 자발적 호흡 홀드 기술

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.

생체 내 및 생체 외 복막 지방이에 밀키 스팟 구조의 난소 암 전이성 식민지를 연구하는 접근 방식

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.

유방암 전이성 행동에 장기 별 영향 유학을위한 장기 에어컨 미디어 및 응용 프로그램의 생성

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.

직접 대뇌 Thromboemboli 시각화를위한 결합 된 근적외선 형광 이미징 및 마이크로 계산 된 단층 촬영

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.

유방암 전이에 폐포 대 식세포의 역할을 공부

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.

유 방 암 수술을 받은 환자에서 처리 하는 고통의 측정을 얻기 위해 양적 감각 테스트 패러다임

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.

골격 근육 혈관 결합, 산화 용량 및 Microvascular 함수 '원스톱 쇼핑' 근처-적외선 분광학

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