Esta pesquisa foi apoiada pelo Instituto do Câncer Summa.

Declaração ética: Sistema Único de Saúde Summa avaliação institucional aprovação do conselho foi obtido para este estudo. 1. Tratamento de consulta <ol><li> Descrever o novo tratamento SBRT pulmão para o paciente. NOTA: A nova plataforma SBRT entrega no mesmo plano e não-coplanares alta dose de radiação para câncer de metas ao abaixar a dose de radiação para órgãos não-alvo. </li><li> Discutir os riscos do tratamento. NOTA: SBRT pode resultar em hiperpigmentação possível a curto prazo ou eritema da pele, cansaço, tosse freqüente, náuseas, esofagite, e lesões de órgãos visceral raro. Pneumonite, ou inflamação dos pulmões com febre baixa e tosse não produtiva, pode ocorrer até três meses após o tratamento. As lesões agudas ou tardias para o coração, outros músculos, nervos periféricos ou medula espinhal e óssea são incomuns. Há um pequeno risco de malignidade induzida por radiação. </li></ol> 2. Fiducial marcador Placement <ol><li> Perform percutânea guiada por TC ou broncoscopia colocação de um único marcador revestido a ouro inserido no centro do tumor-alvo-da-massa. <ol><li> Peça um radiologista para realizar um 3-5 mm de espessura imagiologia por tomografia axial contígua de peito do paciente 7. </li><li> Definir uma abordagem agulha segura minimizando tecido pulmonar aerado atravessado (evitando bolhas e fissuras) 7. </li><li> Injectar anestesia subcutânea local (por exemplo, lidocaína a 1%). </li><li> Introduzir 17 ou 18 G agulha coaxial para colocar um único curto (0,75 x 10 mm) ou única (0,75 x 20 mm) marcador longo 10. </li></ol></li><li> Fazer uma colocação marcador eletromagnética navegação guiada por broncoscopia fiducial, pedindo um pneumologista para adquirir imagens tomográficas do peito para o mapeamento endobrônquica 21. <ol><li> Cunha do broncoscópio no segmento brônquica suspeita. </li><li> Orientar a sonda sensor de broncoscópio à lesão-alvo. </li><li> Implantar uma marca fiducialer por agulha transbrônquica. NOTA: As técnicas para radiocirurgia fiducial-livre no pulmão são consideradas de investigação e objecto de uma investigação ativa 22,23. </li></ol></li><li> Como alternativa, a ordem, pelo menos, três (1,6 x 3 mm) marcadores revestidas de ouro curtas para ser posicionado dentro &#39;caixa&#39; de 6 cm ao redor do alvo. Se mais do que um marcador fiducial é colocado, é recomendada a separação física de 2 cm entre os marcadores. </li></ol> 3. Plano de Tratamento <ol><li> Executar simulação CT-guiada (descrito nos passos 3.2 e 3.3) 4-7 dias após a colocação do marcador fiducial. </li><li> Peça ao paciente para se deitar em um cabeça-primeiro-supino na mesa plana máquina de tratamento. <ol><li> Posicione os braços do paciente sobre sua cabeça, apoiada pelo braço e pulso titulares superiores ou um vácuo-saco imobilizador. Certifique-se de que o tórax e abdome não são imobilizadas. </li><li> Opcionalmente, use um de dois pinos localizados esponja joelho para indexação. </li><li> Lugarpelo menos 4 marcadores corpo rastreados do infravermelho no peito para localização. Marcadores de respiração infravermelhos-rastreados excessivamente regiões do corpo que demonstram movimento consistente verticais respiratória (3 mm ou mais movimento de pico-a-pico é recomendado). </li></ol></li><li> Realizar uma varredura helicoidal contígua não-contrastada axial CT (1 mm de espessura fatia, tensão de 120 kVp, mAs 350). NOTA: Tratar os médicos podem pedir uma 4D CT tórax varredura 12 ou uma varredura tórax CT 3D que inclui imagem de apneia-expiração extremidade livre-respiração, end-inspiração, e define 24. </li><li> Obter scans 18 F-FDG PET / CT para uma maior captura de movimento tumor de pulmão. <ol><li> Pergunte aos pacientes para mentir em uma posição de digitalização de cabeça para tomografia computadorizada helicoidal contígua (por exemplo, tensão de 120 kVp, mAs 450) a partir da linha orbitomeatal a parte superior das coxas durante a respiração tranquila. </li><li> Adquirir 18 F-FDG PET após a administração intravenosa de 11 mCi de 18 F-FDG, em média, no mesmo scposição a partir da linha orbitomeatal a parte superior das coxas Anning durante respiração tranqüila. Se esta técnica é utilizada, 18 scans F-FDG PET / CT são auto-contornada pelo software fixado em um limite SUVmax 40%, e, em seguida, co-registradas com imagens de simulação CT como descrito 1. </li></ol></li><li> Contorno do pulmão primário bruto volume de destino ou volumes (GTVp) pelo desenho da mão em conjuntos de dados 4D CT, de preferência a fase de expiração. Expandindo a GTVp com uma margem de 5 milímetros cria o volume do tumor de planejamento (PTV). Planejamento de dose de radiação ocorre na varredura fase final da expiração para rastreamento dinâmico. NOTA: Como uma alternativa e quando usar conjuntos de dados CT 3D, o livre-respiração varredura simulação CT é a verificação de referência. Usando esta técnica, o tratamento de radiação oncologista contornos do GTV à livre-respiração (GTVfb), inspiração (GTVi) e expiração (GTVe) scans CT simulação. Um contorno valor de absorção padrão máximo thresholded 40 por cento nas imagens 18 F-FDG PET cria uma <sup&gt; 18 F-FDG PET volume alvo clínico (CTVpet) 1. A ITV composto representa a soma dos volumes adicionados GTVfb, GTVi, GTVe, e CTVpet. A 5 milímetros expansão da margem do ITV composta cria um PTV. Aqui, planejamento de dose de radiação ocorre na varredura livre de respiração para rastreamento dinâmico. </li><li> Contorno estruturas de tecido normal nas proximidades de desenho em conjuntos de dados 4D CT, de preferência a fase de expiração mão. Isto pode incluir normais de pulmão, coração, mais pericárdio, do esófago, fígado, rins bilaterais, plexo braquial, e na medula espinal. Um contorno da traquéia, brônquio fonte direito, brônquio fonte esquerdo e pode ser gerado, expandiu 3 mm, e usado como uma restrição de planejamento de alta prioridade para evitar a fibrose das vias aéreas toxicidade tardia. </li><li> Clique no botão de rastreamento dinâmico no software de planejamento. Esta acção envolve o rastreamento de pan e tilt gimbaled na nova plataforma SBRT. </li><li> Prescrever uma dose de radiação para a PTV. Considere um dos três radiação Monte Carlo prescrição da doses: 3 x 17 = 51 Gy Gy diariamente por lesões pulmonares periféricas; 4 x 12 = 48 Gy Gy para lesões pulmonares centrais e periféricos lesões da parede torácica; ou qualquer outro dia 5 x 10 = 50 Gy Gy. Pouco frequentemente quando as restrições de volume de PTV (ou seja, 95% de cobertura) ou órgão em risco as restrições não forem cumpridas, pode ser utilizada uma prescrição de 8 x 7,5 Gy = 60 Gy. </li></ol> 4. Tratamento de entrega e de fluxo de trabalho <ol><li> Construir um modelo de correlação respiração tranqüila após supina-cabeça-primeiro alinhamento. <ol><li> Coloque 4 (ou até 6) marcadores de infravermelho corpo no corpo nos mesmos locais marcados identificados na simulação CT. </li><li> Verifique a precisão posicional dos marcadores do corpo e alinhamento paciente por câmera infravermelha e telas no console do tratamento. NOTA: posição do marcador do corpo serve como um cheque feixe-on para o movimento irregular, tal tosse. </li><li> Adquirir cross-plane kV dual-diagnóstico raios X ou imagens de TC Cone-Beam no console do tratamento para detectar marcadores implantados para p internaositional precisão. </li><li> Associado e correlato movimento marcador corpo (como um substituto para a respiração) e marcador de movimento interno implantado com o software de computador ligado ao novo fluxo de trabalho plataforma SBRT. NOTA: Um método alternativo envolve a localização alinhamento ortogonal do paciente de acordo com a anterior e lateral tatuados simulação CT marcas de triangulação laser e utilização de uma matriz de referência normalizado (estrela) com seis marcadores impregnados infravermelhos do corpo. </li></ol></li><li> Gerar um modelo de correlação movimento tumor de pulmão. <ol><li> Derivar um caminho de pan e tilt cardan para o acelerador para controlar o movimento do tumor utilizando programas de computador ligado ao novo fluxo de trabalho plataforma SBRT. </li><li> Avaliar visualmente o modelo de correlação movimento tumor de pulmão antes da entrega radiação. </li></ol></li><li> Observar o marcador fiducial deriva durante a entrega de radiação. </li><li> Avaliar colisões-máquina paciente devido à rotação do pórtico, O-ring pivô, e cardan acção pan-and-tiltS Antes de planejar a entrega. NOTA: A equipe radiação irá executar este passo. O tratamento pode acarretar 5-9 coplanares e tratamento noncoplanar vigas estáticas, manualmente e visualmente verificados pelo pessoal de entrega de radiação. Os tratamentos podem durar 15-30 min, com tumor de pulmão verificações modelo correlação movimento feito aproximadamente a cada 7 min. </li></ol>

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Os autores não têm nada a revelar.

Experiências clínicas radiocirurgia estereotáxica iniciais promissores têm impulsionado investigação ensaio clínico de radiação ablativo para o tratamento de cancros do pulmão 25,26. A experiência levou os investigadores a utilizar radiação ablativo contra uma variedade de tipos de tumores metastizados no pulmão 27,28. A nova plataforma SBRT introduz um sistema de entrega de radiação particularmente em sintonia com o tratamento de tumores em movimento. A nova plataforma SBRT proporciona um tratamento com raios-x invisível que é gerado por um acelerador linear montado dentro de um pórtico de articulação O-ring. Um mecanismo de articulação permite o movimento pan-and-tilt do acelerador linear, proporcionando rastreamento de movimento dinâmico tumor in-time. Cruzada plano kV raios-X de dupla são obtidas antes e durante o tratamento para verificar o posicionamento do paciente 6 graus de liberdade. Coplanares e não coplanares graus únicas de liberdade melhorar a prestação de alta dose de radiação para câncer de metas, minimizando simultaneamentedose de radiação para órgãos viscerais críticos. Prevê-se que o tratamento de células cancerosas esteriliza alvos sem danos irreparáveis ​​às células normais de redução da toxicidade relacionada com radiação. Estudo futuro da nova plataforma SBRT irá documentar qualquer ganhos de controle de destino e qualquer redução nos efeitos colaterais. A experiência inicial com os novos shows plataforma da rede SBRT prometer 10. Nuances de rastreamento dinâmico de pulmão tumores continuar a ser exploradas; no entanto, algumas generalizações são aparentes. Tumores de pulmão demonstrando movimento menos de sete milímetros pode ser melhor tratado por um ITV composto mais 5 mm de abordagem de expansão. Para tumores de pulmão, mostrando sete milímetros ou mais de tradução vertical, uma abordagem de rastreamento dinâmico usando um GTVp mais 5 mm de expansão pode ser melhor para o tratamento. É necessária mais investigação a definição desses limites. Além disso, 18 imagens F-FDG PET sobrepostas em conjuntos de dados de imagem CT 3D normalmente aumentar os volumes ITV compostas. Esta abordagem assume volume de expansion devido a 18 F-FDG sinal smear ocorre durante 3-5 min tempo bin do scanner PET. Um 40% de limiar definido 18F-FDG volume alvo clínico tem sido estudado e tem sido utilizada em um dos seus programas 1. Mais pesquisas caracterizando quer 18 imagens F-FDG PET replica adequadamente histerese tumor é necessária. Por último, até três lesões num único pulmão podem ser considerados para o tratamento de uma só vez. Caso contrário, uma abordagem sequencial é feito. Rastreamento dinâmico na nova plataforma SBRT usa um modelo de correlação movimento tumor de pulmão para prever o movimento do tumor de pulmão até 40 ms para o futuro. Posição e velocidade do corpo de infravermelhos e marcadores respiratórias estão incluídas no modelo. A taxa de detecção do marcador de 70% em kV adquiridos raios-x é um requisito para o rastreamento dinâmico. Fiduciais são controladas em três dimensões (isto é, x, y, z). As imagens geradas pelas unidades kV de raios-X são automaticamente registrados e comparados em tempo real. Olatência bserved no rastreamento dinâmico é devido a limitações de hardware de pan e tilt cardan, processamento de software, e desempenho de controle de posicionamento das unidades de raios-x kV. Investigadores de investigação estão engajados em melhorar a latência de monitoramento. Durante a entrega de radiação usando o acompanhamento dinâmico na nova plataforma SBRT, é fundamental prestar atenção para fiducial marcador deriva. Tendências em fiducial deriva marcador além predefinidos tolerâncias de 3 mm de qualquer resultado em direção iniciada pelo operador de tratamento de pausa ou em espera feixe automático. Se ocorrer uma pausa de tratamento, recomenda-se que os operadores permitem a retomada do movimento de respiração tranquila ao longo dos próximos paciente respira e depois retomada tratamento antes de modelo de correlação reconstruir. Se pausas são mal sucedidos, reposicionamento do paciente, respiração marcador de detecção de movimento infravermelho, kV detecção marcador, modelagem correlação reconstrução são feitos para retomar o tratamento. Em nossa experiência, os modelos de correlação de respiração são precisas para up a 7 min, muitas vezes limitada pela tensão paciente ou relaxamento, enquanto descansando sobre a mesa de tratamento. Perguntas não respondidas permanecem. Quais são as consequências radiobiológicos e modo de morte celular em células normais e células cancerosas que ocorrem após a dose de radiação ablativo? Por que tem sido tão difícil de fundir radiação ablativo de alta precisão com radiossensibilizadora quimioterapias? Embora seja essencial para investigar outras modalidades de fornecer uma radiação ablativo no peito, ainda não está claro quanto ao facto de a radiação ablativo pode proporcionar eficácia terapêutica equivalente como cirurgia torácica. Com efeito, cirurgia torácica é a técnica mais vulgarmente utilizada e validada para alcançar a erradicação de tumores no pulmão quando as terapias convencionais já tenham sido aplicadas. Aqui, a nova plataforma SBRT fornece um inovador meio não invasivo de tratamento para homens e mulheres com tumores de pulmão que mostra o movimento.

Os cancros do pulmão são responsáveis ​​pelo maior número de mortes relacionadas ao câncer em homens e mulheres em todo o mundo 2. Até 63% dos cancros do pulmão persistentes ou recorrentes envolvem tecido pulmonar que já é tributado pela quimioterapia ou irradiados previamente. 3,4. Além disso a irradiação em locais de tumores pulmonares recorrentes ou persistentes podem conduzir a morbidade intolerável pulmonar 5,6, especialmente quando a cirurgia convencional, a quimioterapia, radiação e já têm sido tentadas. Assim, as mulheres e os homens em tais circunstâncias clínicas têm necessidade de novas estratégias de terapia do câncer semelhantes aos tratamentos apresentados antes nesta revista 7. Radioterapia estereotáxica corpo ablativo (SBRT) pode satisfazer essa necessidade terapêutica por esterilização tumores de pulmão através precisamente orientadas, de alta dose de radiação 8,9. Não é um romance plataforma SBRT capaz dessa tarefa terapêutica 10-12. Separa-se de outras plataformas da rede SBRT porintegrando ExacTrac kV unidades de raios-X de dupla diagnóstico (capaz de cone computadorizada de feixe localização de alvos tomografia) e uma unidade de câmera de infravermelho (capaz de rastreamento marcador de superfície do corpo como um substituto para o movimento interno) que tanto permitem o feedback de malha aberta estereoscópico de câncer alvo intrafraction movimento. Ele também tem uma ± 4 centímetros gimbaled acelerador radiação pan-and-tilt única que tem o seu feixe de radiação em forma de folhas de liga de tungstênio 60 (0,25 centímetros de largura física, 11 centímetros de altura física). Ele usa um total sobre-centro-viagens colimador multifolhas para um 15 x 15 cm de tamanho máximo de campo. Ele incorpora um ± 60 ° girando O-ring-driven robô e ± 185 ° pórtico de rotação permitindo a co-planares e do feixe do acelerador não-coplanares set-up ângulos e graus de tratamento únicas de liberdade. Por último, tem uma precisão submillimeter (0,4 mm na isocentro) 13. Em contraste, outras plataformas de radioterapia rede SBRT montar um acelerador de radiação clínica ou a um braço robótico industrial 14, ou para um pórtico helicoidal fatia-a-fatia 15, ou dentro de uma máquina convencional ligada a intensidade modulada radioterapia guiada por imagem ou software de entrega arco dinâmico 16. Cada plataforma envolve uma variedade de componentes da máquina para controlar o movimento resultante do movimento da respiração, batimentos cardíacos, ou digestão. Radiocirurgia Lung teve sucesso clínico 17,18, tornando a uma opção de tratamento romance em radiação oncológica 19,20 modalidade. Este how-to artigo fornece um novo protocolo de terapia de radiação que descreve rastreamento tumor pulmonar dinâmica terapêutica para intenção de tratamento.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Vero SBRT Linac System 1.0</td>
			<td>Brainlab, Inc. (Munich, Germany)</td>
			<td>46300</td>
			<td>High accuracy first-of-its-kind gimbaled irradiation head with tilt function and gantry rotation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (Tokyo, Japan)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Visicoil fiducial marker</td>
			<td>IBA Dosimetry America (Bartlett, TN, USA)</td>
			<td>67245</td>
			<td>0.75 mm x 10 mm marker -or- 0.75 mm x 20 mm marker</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold fiducial marker</td>
			<td>Civco Medical Solutions (Orange City, IA, USA)</td>
			<td>MTNW887860</td>
			<td>Sterile placement needle (14GA ETW x 20cm) with one 1.6mm &#215; 3mm marker</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dynamic lung tumor tracking for stereotactic ablative body radiation therapy

Os médicos que considerem a terapia ablativa estereotáxica radiação de corpo (SBRT) para o tratamento de câncer extracranianos metas devem estar cientes dos riscos consideráveis ​​para a lesão do tecido normal e os perigos da falta tumor física. Um primeiro de seu tipo de plataforma SBRT atinge alta precisão radioterapia ablativa através de uma combinação de soluções de imagem em tempo real versáteis e capacidade de rastreamento do tumor sofisticados. Ele usa duplo diagnóstico kV unidades de raios-x para feedback de malha aberta estereoscópica da meta câncer intrafraction movimento que ocorre em consequência de movimentos respiratórios e batimentos cardíacos. O feedback guiada por imagem dirige um acelerador radiação gimbaled (no máximo 15 x 15 centímetros tamanho do campo) capaz de em tempo real ação ± 4 centímetros pan e tilt. ± 60 ° pivôs de um sistema integrado ± 185 ° pórtico de rotação orientado a Robot permitir a co-planares e do feixe do acelerador não-coplanares ângulos set-up, em última análise, permitindo graus de tratamento únicas de liberdade. State-of-the-umrt software ajuda em tempo real seis posicionamento dimensional, garantindo a irradiação de alvos de câncer com precisão sub-milímetro (0,4 milímetros na isocentro). A utilização destes recursos permite o tratamento de médicos para orientar a dose de radiação para alvos tumorais do câncer, reduzindo simultaneamente a dose de radiação para os tecidos normais. Ao adicionar a respiração correlacionada tomografia computadorizada (TC) e 2- [18F] flúor-2-desoxi-ᴅ-glucose (18 F-FDG) a tomografia por emissão de pósitrons (PET) as imagens para o sistema de planejamento para maior contorno alvo tumor, a probabilidade falta de tumor físico torna-se substancialmente menos 1. Neste artigo, nós descrevemos novos planos de radiação para o tratamento de tumores de pulmão em movimento.

SBRT na nova plataforma atualmente envolve múltiplos feixes de radiação estática convergindo para as metas de radiação simples ou múltiplas estreitamente associados clínicos, como descrito por exemplo na Figura 1. Um bom resultado de planejamento representante oferece radiação ablativo com cobertura de 95% do volume de destino câncer e alvo câncer dosar conformidade. A Figura 1 mostra 5 coplanar e 4 feixes não coplanares (ie, rotação do anel + 20 ° para feixes de 2, 4, 6 e 8) utilizado para tratar uma única PTV representando carcinoma de células escamosas no pulmão direito. Margens de feixe para a PTV eram de um milímetro. A dose de radiação, prescrito para a linha de isodose de 95%, representado cobertura PTV 95%, com um índice de conformidade de 1,48. A receita foi de 50 Gy em cinco a cada outras dia 10 fracções Gy. Estruturas descritos aqui incluem o volume de destino de planejamento (vermelho), o volume de meta interna (branco), medula espinhal (verde), e esôfago (azul claro). Linhas isodose são como indicado. &lt;/ P&gt; <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52875/52875fig1highres.jpg" width="700" /> Figura 1:. Rastreamento tumor dinâmica de um tumor do pulmão do lado direito na foto é um exemplo de dose de radiação ablativo (50 Gy em 10 Gy cada cinco outras frações do dia) entregue a um tumor do pulmão do lado direito único meio de nove vigas estáticos (azul / verde, 34 ° de intervalo). As janelas de software de planejamento retratam 4: (A) um feixe e crítica mapa estrutura de colisão, (B) beam&#39;s-eye-view (aqui, feixe 1), (C) tridimensional CT e mapa de reconstrução do feixe, e (D) axial CT com distribuição de dose. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Estrutura </td><td> Métrico </td><td> Volume </td><td> Variação aceitável </td></tr><tr><td> PTV </td><td> V50Gy </td><td> ≥95% </td><td> ≥90% </td></tr><tr><td> Dose mínima </td><td> 0,03 centímetros 3 </td><td> ≥46 Gy (92%) </td><td> ≥45 Gy (90%) </td></tr><tr><td> Dose máxima </td><td> 0,03 centímetros 3 </td><td> ≤60 Gy (120%) </td><td> ≤62.5 Gy (125%) </td></tr><tr><td> Medula espinhal </td><td> 0,03 centímetros 3 </td><td> ≤15 Gy </td><td> ≤22 Gy </td></tr><tr><td> Pulmão (menos GTV) </td><td> V20Gy </td><td> ≤10% </td><td> ≤15% </td></tr><tr><td></td><td> Dose média </td><td> ≤8 Gy </td><td> ≤10 Gy </td></tr><tr><td> Coração / Pericárdio </td><td> 15 centímetros 3 </td><td> ≤32 Gy </td><td> ≤36 Gy </td></tr><tr><td> Esôfago </td><td> Dose média </td><td> ≤18 Gy </td><td> ≤20 Gy </td></tr><tr><td></td><td> 0,03 centímetros 3 </td><td> ≤27 ​​Gy </td><td> ≤30 Gy </td></tr><tr><td> Braquialplexo </td><td> 0,03 centímetros 3 </td><td> ≤24 Gy </td><td> ≤30 Gy </td></tr></tbody></table> Tabela 1: restrições de planeamento de tratamento de Estrutura.

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Dynamic Lung Tumor Tracking for Stereotactic Ablative Body Radiation Therapy

Stereotactic ablative body radiation therapy (SBRT) involves the precise delivery of high-dose radiation to cancer tumor targets. A novel SBRT platform offers a first-of-its-kind gimbaled radiation accelerator mounted within a pivoting O-ring gantry capable of dynamic image-guided tumor tracking. Here, we describe dynamic tumor tracking for lung targets.

Rastreamento Dinâmico Tumor do pulmão por estereotáxica ablativo Radioterapia do corpo

Physicians considering stereotactic ablative body radiation therapy (SBRT) for the treatment of extracranial cancer targets must be aware of the sizeable ...

dynamic-lung-tumor-tracking-for-stereotactic-ablative-body-radiation

Research

JoVE Journal

Medicine

15.3K visualizações.  Summa Cancer Institute. Stereotactic ablative body radiation therapy (SBRT) involves the precise delivery of high-dose radiation to cancer tumor targets. A novel SBRT platform offers a first-of-its-kind gimbaled radiation accelerator mounted within a pivoting O-ring gantry capable of dynamic image-guided tumor tracking. Here, we describe dynamic tumor tracking for lung targets.

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In vivo Bioluminescence Imaging of Tumor Hypoxia Dynamics of Breast Cancer Brain Metastasis in a Mouse Model

It is well recognized that tumor hypoxia plays an important role in promoting malignant progression and affecting therapeutic response negatively. There is little knowledge about in situ, in vivo, tumor hypoxia during intracranial development of malignant brain tumors because of lack of efficient means to monitor it in these deep-seated orthotopic tumors. Bioluminescence imaging (BLI), based on the detection of light emitted by living cells expressing a luciferase gene, has been rapidly adopted for cancer research, in particular, to evaluate tumor growth or tumor size changes in response to treatment in preclinical animal studies. Moreover, by expressing a reporter gene under the control of a promoter sequence, the specific gene expression can be monitored non-invasively by BLI. Under hypoxic stress, signaling responses are mediated mainly via the hypoxia inducible factor-1&alpha; (HIF-1&alpha;) to drive transcription of various genes. Therefore, we have used a HIF-1&alpha; reporter construct, 5HRE-ODD-luc, stably transfected into human breast cancer MDA-MB231 cells (MDA-MB231/5HRE-ODD-luc). In vitro HIF-1&alpha; bioluminescence assay is performed by incubating the transfected cells in a hypoxic chamber (0.1% O2) for 24 hr before BLI, while the cells in normoxia (21% O2) serve as a control. Significantly higher photon flux observed for the cells under hypoxia suggests an increased HIF-1&alpha; binding to its promoter (HRE elements), as compared to those in normoxia. Cells are injected directly into the mouse brain to establish a breast cancer brain metastasis model. In vivo bioluminescence imaging of tumor hypoxia dynamics is initiated 2 wks after implantation and repeated once a week. BLI reveals increasing light signals from the brain as the tumor progresses, indicating increased intracranial tumor hypoxia. Histological and immunohistochemical studies are used to confirm the in vivo imaging results. Here, we will introduce approaches of in vitro HIF-1&alpha; bioluminescence assay, surgical establishment of a breast cancer brain metastasis in a nude mouse and application of in vivo bioluminescence imaging to monitor intracranial tumor hypoxia.

In vivo Bioluminescence Imaging of Tumor Hypoxia Dynamics of Breast Cancer Brain Metastasis in a Mouse Model

Bioluminescence imaging of hypoxia inducible factor-1&alpha; activity is applied to monitor intracranial tumor hypoxia development in a breast cancer brain metastasis mouse model.

Na imagem de bioluminescência vivo Tumor de mama Dynamics Hipóxia metástase do cancro cerebral em um modelo de rato

It is well recognized that tumor hypoxia plays an important role in promoting malignant progression and affecting therapeutic response negatively. There ...

Medicina

Combination Radiotherapy in an Orthotopic Mouse Brain Tumor Model

Glioblastoma multiforme (GBM) are the most common and aggressive adult primary brain tumors1. In recent years there has been substantial progress in the understanding of the mechanics of tumor invasion, and direct intracerebral inoculation of tumor provides the opportunity of observing the invasive process in a physiologically appropriate environment2. As far as human brain tumors are concerned, the orthotopic models currently available are established either by stereotaxic injection of cell suspensions or implantation of a solid piece of tumor through a complicated craniotomy procedure3. In our technique we harvest cells from tissue culture to create a cell suspension used to implant directly into the brain. The duration of the surgery is approximately 30 minutes, and as the mouse needs to be in a constant surgical plane, an injectable anesthetic is used. The mouse is placed in a stereotaxic jig made by Stoetling (figure 1). After the surgical area is cleaned and prepared, an incision is made; and the bregma is located to determine the location of the craniotomy. The location of the craniotomy is 2 mm to the right and 1 mm rostral to the bregma. The depth is 3 mm from the surface of the skull, and cells are injected at a rate of 2 &mu;l every 2 minutes. The skin is sutured with 5-0 PDS, and the mouse is allowed to wake up on a heating pad. From our experience, depending on the cell line, treatment can take place from 7-10 days after surgery. Drug delivery is dependent on the drug composition. For radiation treatment the mice are anesthetized, and put into a custom made jig. Lead covers the mouse's body and exposes only the brain of the mouse. The study of tumorigenesis and the evaluation of new therapies for GBM require accurate and reproducible brain tumor animal models. Thus we use this orthotopic brain model to study the interaction of the microenvironment of the brain and the tumor, to test the effectiveness of different therapeutic agents with and without radiation.

The purpose of this article is to describe the use of an orthotopic glioblastoma model for chemoradiation studies. This article will go though cell processing, implanting, and radiotherapy of the mouse using an intracranial model.

Radioterapia em uma combinação ortotópico modelo de tumor de cérebro de camundongos

Glioblastoma multiforme (GBM) are the most common and aggressive adult primary brain tumors1. In recent years there has been substantial progress in the ...

Stereotactic Radiosurgery for Gynecologic Cancer

Stereotactic body radiotherapy (SBRT) distinguishes itself by necessitating more rigid patient immobilization, accounting for respiratory motion, intricate treatment planning, on-board imaging, and reduced number of ablative radiation doses to cancer targets usually refractory to chemotherapy and conventional radiation. Steep SBRT radiation dose drop-off permits narrow 'pencil beam' treatment fields to be used for ablative radiation treatment condensed into 1 to 3 treatments.
Treating physicians must appreciate that SBRT comes at a bigger danger of normal tissue injury and chance of geographic tumor miss. Both must be tackled by immobilization of cancer targets and by high-precision treatment delivery. Cancer target immobilization has been achieved through use of indexed customized Styrofoam casts, evacuated bean bags, or body-fix molds with patient-independent abdominal compression.1-3 Intrafraction motion of cancer targets due to breathing now can be reduced by patient-responsive breath hold techniques,4 patient mouthpiece active breathing coordination,5 respiration-correlated computed tomography,6 or image-guided tracking of fiducials implanted within and around a moving tumor.7-9 The Cyberknife system (Accuray [Sunnyvale, CA]) utilizes a radiation linear accelerator mounted on a industrial robotic arm that accurately follows patient respiratory motion by a camera-tracked set of light-emitting diodes (LED) impregnated on a vest fitted to a patient.10 Substantial reductions in radiation therapy margins can be achieved by motion tracking, ultimately rendering a smaller planning target volumes that are irradiated with submillimeter accuracy.11-13
Cancer targets treated by SBRT are irradiated by converging, tightly collimated beams. Resultant radiation dose to cancer target volume histograms have a more pronounced radiation "shoulder" indicating high percentage target coverage and a small high-dose radiation "tail." Thus, increased target conformality comes at the expense of decreased dose uniformity in the SBRT cancer target. This may have implications for both subsequent tumor control in the SBRT target and normal tissue tolerance of organs at-risk. Due to the sharp dose falloff in SBRT, the possibility of occult disease escaping ablative radiation dose occurs when cancer targets are not fully recognized and inadequate SBRT dose margins are applied. Clinical target volume (CTV) expansion by 0.5 cm, resulting in a larger planning target volume (PTV), is associated with increased target control without undue normal tissue injury.7,8 Further reduction in the probability of geographic miss may be achieved by incorporation of 2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (18F-FDG) positron emission tomography (PET).8 Use of 18F-FDG PET/CT in SBRT treatment planning is only the beginning of attempts to discover new imaging target molecular signatures for gynecologic cancers.

Stereotactic body radiotherapy (SBRT) involves image-guided, ablative radiation delivered to cancer targets refractory to chemotherapy or to conventional radiation treatment. The robotic-armed Cyberknife SBRT system, using sophisticated target localization, delivers hypofractionated radiation doses capable of sterilizing cancer targets. This article will consider new therapeutic roles of SBRT for gynecological cancers.

Radiocirurgia Estereotáxica para Câncer Ginecológico

Stereotactic body radiotherapy (SBRT) distinguishes itself by necessitating more rigid patient immobilization, accounting for respiratory motion, ...

Stereotactic Intracranial Implantation and In vivo Bioluminescent Imaging of Tumor Xenografts in a Mouse Model System of Glioblastoma Multiforme

Glioblastoma multiforme (GBM) is a high-grade primary brain cancer with a median survival of only 14.6 months in humans despite standard tri-modality treatment consisting of surgical resection, post-operative radiation therapy and temozolomide chemotherapy 1. New therapeutic approaches are clearly needed to improve patient survival and quality of life. The development of more effective treatment strategies would be aided by animal models of GBM that recapitulate human disease yet allow serial imaging to monitor tumor growth and treatment response. In this paper, we describe our technique for the precise stereotactic implantation of bio-imageable GBM cancer cells into the brains of nude mice resulting in tumor xenografts that recapitulate key clinical features of GBM 2. This method yields tumors that are reproducible and are located in precise anatomic locations while allowing in vivo bioluminescent imaging to serially monitor intracranial xenograft growth and response to treatments 3-5. This method is also well-tolerated by the animals with low perioperative morbidity and mortality.

Stereotactic Intracranial Implantation and In vivo Bioluminescent Imaging of Tumor Xenografts in a Mouse Model System of Glioblastoma Multiforme

We describe an integrated method for the precise, stereotactic implantation of human glioblastoma multiforme cells into the brains of nude mice and subsequent serial in vivo imaging to monitor growth and response to treatment of the resultant xenografts.

Implantação estereotáxica intracraniana e<em&gt; Em vivo</em&gt; Imaging Bioluminescent de xenoenxertos de tumores em um Sistema Modelo de Rato Glioblastoma Multiforme

Glioblastoma multiforme (GBM) is a high-grade primary brain cancer with a median survival of only 14.6 months in humans despite standard tri-modality ...

Human Neuroendocrine Tumor Cell Lines as a Three-Dimensional Model for the Study of Human Neuroendocrine Tumor Therapy

Neuroendocrine tumors (NETs) are rare tumors, with an incidence of two per 100,&#x200A;000 individuals per year, and they account for 0.5% of all human malignancies.1 Other than surgery for the minority of patients who present with localized disease, there is little or no survival benefit of systemic therapy. Therefore, there is a great need to better understand the biology of NETs, and in particular define new therapeutic targets for patients with nonresectable or metastatic neuroendocrine tumors. 3D cell culture is becoming a popular method for drug screening due to its relevance in modeling the in vivo tumor tissue organization and microenvironment.2,3 The 3D multicellular spheroids could provide valuable information in a more timely and less expensive manner than directly proceeding from 2D cell culture experiments to animal (murine) models.
To facilitate the discovery of new therapeutics for NET patients, we have developed an in vitro 3D multicellular spheroids model using the human NET cell lines. The NET cells are plated in a non-adhesive agarose-coated 24-well plate and incubated under physiological conditions (5% CO2, 37 &deg;C) with a very slow agitation for 16-24 hr after plating. The cells form multicellular spheroids starting on the 3rd or 4th day. The spheroids become more spherical by the 6th day, at which point the drug treatments are initiated. The efficacy of the drug treatments on the NET spheroids is monitored based on the morphology, shape and size of the spheroids with a phase-contrast light microscope. The size of the spheroids is estimated automatically using a custom-developed MATLAB program based on an active contour algorithm. Further, we demonstrate a simple method to process the HistoGel embedding on these 3D spheroids, allowing the use of standard histological and immunohistochemical techniques. 
This is the first report on generating 3D spheroids using NET cell lines to examine the effect of therapeutic drugs. We have also performed histology on these 3D spheroids, and displayed an example of a single drug's effect on growth and proliferation of the NET spheroids. Our results support that the NET spheroids are valuable for further studies of NET biology and drug development.

We present a simple agarose overlay platform to grow 3D multicellular spheroids using neuroendocrine cancer cell lines. This method provides a very convenient way to examine the effect of therapeutic drugs on the neuroendocrine tumor cells. It could also help us establish human neuroendocrine tumor spheroids for cancer therapy.

Humanos Linhas tumor neuroendócrino de células como um modelo tridimensional para o estudo da terapia de tumores humanos Neuroendócrino

Neuroendocrine tumors (NETs) are rare tumors, with an incidence of two per 100,&#x200A;000 individuals per year, and they account for 0.5% of all human ...

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a novel platform that allows for direct long-term visualization of tissue structure changes intracranially. Imaging at a single cell resolution in a real-time fashion provides supplementary dynamic information beyond that provided by standard end-point histological analysis, which looks solely at 'snap-shot' cross sections of tissue.
Establishing this intravital imaging technique in fluorescent chimeric mice, we are able to image four fluorescent channels simultaneously. By incorporating fluorescently labeled cells, such as GFP+ bone marrow, it is possible to track the fate of these cells studying their long-term migration, integration and differentiation within tissue. Further integration of a secondary reporter cell, such as an mCherry glioma tumor line, allows for characterization of cell:cell interactions. Structural changes in the tissue microenvironment can be highlighted through the addition of intra-vital dyes and antibodies, for example CD31 tagged antibodies and Dextran molecules.
Moreover, we describe the combination of our ICW imaging model with a small animal micro-irradiator that provides stereotactic irradiation, creating a platform through which the dynamic tissue changes that occur following the administration of ionizing irradiation can be assessed.
Current limitations of our model include penetrance of the microscope, which is limited to a depth of up to 900 &mu;m from the sub cortical surface, limiting imaging to the dorsal axis of the brain. The presence of the skull bone makes the ICW a more challenging technical procedure, compared to the more established and utilized chamber models currently used to study mammary tissue and fat pads 5-7. In addition, the ICW provides many challenges when optimizing the imaging.

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

We describe a novel in vivo imaging technique that couples fluorescent chimeric mice with intracranial windows and high-resolution 2-photon microscopy. This imaging platform aids studies of dynamic changes in brain tissue and microvasculature, at a single-cell level, following pathological insults and is adaptable to assess intracranial drug delivery and distribution.

A Novel de alta resolução<em&gt; In vivo</em&gt; Técnica de Imagem para estudar a resposta dinâmica de estruturas intracranianas ao crescimento do tumor e Terapêutica

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a ...

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

In vivo 19F MRI allows quantitative cell tracking without the use of ionizing radiation. It is a noninvasive technique that can be applied to humans. Here, we describe a general protocol for cell labeling, imaging, and image processing. The technique is applicable to various cell types and animal models, although here we focus on a typical mouse model for tracking murine immune cells. The most important issues for cell labeling are described, as these are relevant to all models. Similarly, key imaging parameters are listed, although the details will vary depending on the MRI system and the individual setup. Finally, we include an image processing protocol for quantification. Variations for this, and other parts of the protocol, are assessed in the Discussion section. Based on the detailed procedure described here, the user will need to adapt the protocol for each specific cell type, cell label, animal model, and imaging setup. Note that the protocol can also be adapted for human use, as long as clinical restrictions are met.

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

We describe a general protocol for in vivo cell tracking using MRI in a mouse model with ex vivo labeled cells. A typical protocol for cell labeling, image acquisition processing and quantification is included.

In vivo 19 F MRI para Rastreamento celular

In vivo 19F MRI allows quantitative cell tracking without the use of ionizing radiation. It is a noninvasive technique that can be applied to humans. ...

Tumor Treating Field Therapy in Combination with Bevacizumab for the Treatment of Recurrent Glioblastoma

A novel device that employs TTF therapy has recently been developed and is currently in use for the treatment of recurrent glioblastoma (rGBM). It was FDA approved in April 2011 for the treatment of patients 22 years or older with rGBM. The device delivers alternating electric fields and is programmed to ensure maximal tumor cell kill1.
Glioblastoma is the most common type of glioma and has an estimated incidence of approximately 10,000 new cases per year in the United States alone2. This tumor is particularly resistant to treatment and is uniformly fatal especially in the recurrent setting3-5. Prior to the approval of the TTF System, the only FDA approved treatment for rGBM was bevacizumab6. Bevacizumab is a humanized monoclonal antibody targeted against the vascular endothelial growth factor (VEGF) protein that drives tumor angiogenesis7. By blocking the VEGF pathway, bevacizumab can result in a significant radiographic response (pseudoresponse), improve progression free survival and reduce corticosteroid requirements in rGBM patients8,9. Bevacizumab however failed to prolong overall survival in a recent phase III trial26. A pivotal phase III trial (EF-11) demonstrated comparable overall survival between physicians&#8217; choice chemotherapy and TTF Therapy but better quality of life were observed in the TTF arm10.
There is currently an unmet need to develop novel approaches designed to prolong overall survival and/or improve quality of life in this unfortunate patient population. One appealing approach would be to combine the two currently approved treatment modalities namely bevacizumab and TTF Therapy. These two treatments are currently approved as monotherapy11,12, but their combination has never been evaluated in a clinical trial. We have developed an approach for combining those two treatment modalities and treated 2 rGBM patients. Here we describe a detailed methodology outlining this novel treatment protocol and present representative data from one of the treated patients.

A novel methodology that is employed for the treatment of recurrent glioblastomas is described. This treatment approach employs the application of alternating electric tumor treating fields (TTFields), known as TTF Therapy in combination with bevacizumab, a targeted agent that is currently FDA approved as monotherapy.

Tumor Tratar Terapia campo em combinação com bevacizumabe para o tratamento do glioblastoma recorrente

A novel device that employs TTF therapy has recently been developed and is currently in use for the treatment of recurrent glioblastoma (rGBM). It was FDA ...

Primary Tumor and MEF Cell Isolation to Study Lung Metastasis

In breast tumorigenesis, the metastatic stage of the disease poses the greatest threat to the affected individual. Normal breast cells with altered genotypes now possess the ability to invade and survive in other tissues. In this protocol, mouse mammary tumors are removed and primary cells are prepared from tumors. The cells isolated from this procedure are then available for gene profiling experiments. For successful metastasis, these cells must be able to intravasate, survive in circulation, extravasate to distant organs, and survive in that new organ system. The lungs are the typical target of breast cancer metastasis. A set of genes have been discovered that mediates the selectivity of metastasis to the lung. Here we describe a method of studying lung metastasis from a genetically engineered mouse model.. Furthermore, another protocol for analyzing mouse embryonic fibroblasts (MEFs) from the mouse embryo is included. MEF cells from the same animal type provide a clue of non-cancer cell gene expression. Together, these techniques are useful in studying mouse mammary tumorigenesis, its associated signaling mechanisms and pathways of the abnormalities in embryos.

The goal of this protocol is to study breast tumorigenesis. With this technique, mouse mammary tumors are removed and primary cells are prepared from tumors. A lung extraction protocol is included for studying lung metastasis. Furthermore, another protocol for analyzing mouse embryonic fibroblasts from the mouse embryo is included.

Tumor primário e isolamento de células MEF para o Estudo de metástases pulmonares

In breast tumorigenesis, the metastatic stage of the disease poses the greatest threat to the affected individual. Normal breast cells with altered ...

Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging of an Orthotopic Pancreatic Cancer Mouse Model

Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) has been limitedly used for orthotopic pancreatic tumor xenografts due to severe respiratory motion artifact in the abdominal area. Orthotopic tumor models offer advantages over subcutaneous ones, because those can reflect the primary tumor microenvironment affecting blood supply, neovascularization, and tumor cell invasion. We have recently established a protocol of DCE-MRI of orthotopic pancreatic tumor xenografts in mouse models by securing tumors with an orthogonally bent plastic board to prevent motion transfer from the chest region during imaging. The pressure by this board was localized on the abdominal area, and has not resulted in respiratory difficulty of the animals. This article demonstrates the detailed procedure of orthotopic pancreatic tumor modeling using small animals and DCE-MRI of the tumor xenografts. Quantification method of pharmacokinetic parameters in DCE-MRI is also introduced. The procedure described in this article will assist investigators to apply DCE-MRI for orthotopic gastrointestinal cancer mouse models.

The goal of this protocol is to apply dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) for orthotopic pancreatic tumor xenografts in mice. DCE-MRI is a non-invasive method to analyze microvasculature in a target tissue, and useful to assess vascular response in a tumor following a novel therapy.