Name: positron emission tomography-based dose painting radiation therapy in a glioblastoma rat model using the small animal radiation research platform
Uploaded: 2022-03-24T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Positron Emission Tomography-based Dose Painting Radiation Therapy in a Glioblastoma Rat Model using the Small Animal Radiation Research Platform at JoVE.com

Forfatterne vil gerne takke Lux Luka Foundation for at støtte dette arbejde.

Undersøgelsen blev godkendt af den lokale etiske komité for dyreforsøg (ECD 18/21). Anæstesiovervågning udføres ved at erhverve dyrenes respirationshastighed ved hjælp af en sensor.
1. F98 GB rottecellemodel
<ol><li>F98 GB-cellerne dyrkes i et monolag ved hjælp af Dulbeccos modified Eagle Medium, suppleret med 10% kalveserum, 1% penicillin, 1% streptomycin og 1% L-glutamin, og anbring dem i en CO2-inkubator (5% CO2 og 37 °C).</li>
	<li>Inokulerer gliomcellerne...

<ol>
	<li>Louis, D. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+2016+World+Health+Organization+classification+of+tumors+of+the+central+nervous+system:+a+summary.">The 2016 World Health Organization classification of tumors of the central nervous system: a summary.</a> Acta Neuropathologica. 131 (6), 803-820 (2016).</li><li>Wadajkar, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tumor-targeted+nanotherapeutics:+Overcoming+treatment+barriers+for+glioblastoma.">Tumor-targeted nanotherapeutics: Overcoming treatment barriers for glioblastoma.</a> Wiley Interdisciplinary Reviews. Nanomedicine &amp; Nanobiotechnology. 9 (4), (2016).</li><li>Lim, M., Xia, Y., Bettegowda, C., Weller, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+state+of+immunotherapy+for+glioblastoma.">Current state of immunotherapy for glioblastoma.</a> Nature Reviews. Clinical Oncology. 15 (7), 422 (2018).</li><li>McGranahan, T., Li, G., Nagpal, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=History+and+current+state+of+immunotherapy+in+glioma+and+brain+metastasis.">History and current state of immunotherapy in glioma and brain metastasis.</a> Therapeutic Advances in Medical Oncology. 9 (5), 347-368 (2017).</li><li>Stupp, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiotherapy+plus+concomitant+and+adjuvant+temozolomide+for+glioblastoma.">Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma.</a> The New England Journal of Medicine. 352 (10), 987-996 (2005).</li><li>Von Neubeck, C., Seidlitz, A., Kitzler, H. H., Beuthien-Baumann, B., Krause, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glioblastoma+multiforme:+Emerging+treatments+and+stratification+markers+beyond+new+drugs.">Glioblastoma multiforme: Emerging treatments and stratification markers beyond new drugs.</a> The British Journal of Radiology. 88 (1053), 20150354 (2015).</li><li>Mann, J., Ramakrishna, R., Magge, R., Wernicke, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+radiotherapy+for+glioblastoma.">Advances in radiotherapy for glioblastoma.</a> Frontiers in Neurology. 8, 748 (2018).</li><li>Ling, C. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+multidimensional+radiotherapy+(MD-CRT):+Biological+imaging+and+biological+conformality.">Towards multidimensional radiotherapy (MD-CRT): Biological imaging and biological conformality.</a> International Journal of Radiation Oncolology, Biology, Physics. 47 (3), 551-560 (2000).</li><li>Bentzen, S. M., Gregoire, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+imaging-based+dose+painting:+a+novel+paradigm+for+radiation+therapy+prescription.">Molecular imaging-based dose painting: a novel paradigm for radiation therapy prescription.</a> Seminars in Radiation Oncology. 21 (2), 101-110 (2011).</li><li>Bentzen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theragnostic+imaging+for+radiation+oncology:+Dose-painting+by+numbers.">Theragnostic imaging for radiation oncology: Dose-painting by numbers.</a> The Lancet. Oncology. 6 (2), 112-117 (2005).</li><li>Wong, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution,+small+animal+radiation+research+platform+with+X-ray+tomographic+guidance+capabilities.">High-resolution, small animal radiation research platform with X-ray tomographic guidance capabilities.</a> International Journal of Radiation Oncolology, Biology, Physics. 71 (5), 1591-1599 (2008).</li><li>Van Hoof, S. J., Granton, P. V., Verhaegen, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+validation+of+a+treatment+planning+system+for+small+animal+radiotherapy:+SmART-Plan.">Development and validation of a treatment planning system for small animal radiotherapy: SmART-Plan.</a> Radiotherapy and Oncology. 109 (3), 361-366 (2013).</li><li>Verhaegen, F., Granton, P., Tryggestad, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+animal+radiotherapy+research+platforms.">Small animal radiotherapy research platforms.</a> Physics in Medicine &amp; Biology. 56 (12), 55-83 (2011).</li><li>Butterworth, K. T., Prise, K. M., Verhaegen, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+animal+image-guided+radiotherapy:+Status,+considerations+and+potential+for+translational+impact.">Small animal image-guided radiotherapy: Status, considerations and potential for translational impact.</a> The British Journal of Radiology. 88 (1045), 20140634 (2015).</li><li>Nasr, A., Habash, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dosimetric+analytic+comparison+of+inverse+and+forward+planned+IMRT+techniques+in+the+treatment+of+head+and+neck+cancer.">Dosimetric analytic comparison of inverse and forward planned IMRT techniques in the treatment of head and neck cancer.</a> Journal of the Egyptian National Cancer Institute. 26 (3), 119-125 (2014).</li><li>Matinfar, M., Iyer, S., Ford, E., Wong, J., Kazanzides, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+guided+complex+dose+delivery+for+small+animal+radiotherapy.">Image guided complex dose delivery for small animal radiotherapy.</a> IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro. , 1243-1246 (2009).</li><li>Matinfar, M., Iordachita, I., Wong, J., Kazanzides, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+delivery+of+complex+radiation+volumes+for+small+animal+research.">Robotic delivery of complex radiation volumes for small animal research.</a> IEEE International Conference on Robotics and Automation. , 2056-2061 (2010).</li><li>Balvert, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+framework+for+inverse+planning+of+beam-on+times+for+3D+small+animal+radiotherapy+using+interactive+multi-objective+optimisation.">A framework for inverse planning of beam-on times for 3D small animal radiotherapy using interactive multi-objective optimisation.</a> Physics in Medicine &amp; Biology. 60 (14), 5681-5698 (2015).</li><li>Cho, N. B., Wong, J., Kazanzides, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dose+Painting+with+a+Variable+Collimator+for+the+Small+Animal+Radiation+Research+Platform+(SARRP).">Dose Painting with a Variable Collimator for the Small Animal Radiation Research Platform (SARRP).</a> The Midas Journal. , 1-8 (2014).</li><li>Bolcaen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI-guided+3D+conformal+arc+micro-irradiation+of+a+F98+glioblastoma+rat+model+using+the+Small+Animal+Radiation+Research+Platform+(SARRP).">MRI-guided 3D conformal arc micro-irradiation of a F98 glioblastoma rat model using the Small Animal Radiation Research Platform (SARRP).</a> Journal of Neuro-oncology. 120 (2), 257-266 (2014).</li><li>Bolcaen, J., Descamps, B., Boterberg, T., Vanhove, C., Goethals, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PET+and+MRI+guided+irradiation+of+a+glioblastoma+rat+model+using+a+micro-irradiator.">PET and MRI guided irradiation of a glioblastoma rat model using a micro-irradiator.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (130), e56601 (2017).</li><li>Verhoeven, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Technical+feasibility+of+[18F]FET+and+[18F]FAZA+PET+guided+radiotherapy+in+a+F98+glioblastoma+rat+model.">Technical feasibility of [18F]FET and [18F]FAZA PET guided radiotherapy in a F98 glioblastoma rat model.</a> Radiation Oncology. 14 (1), 89 (2019).</li><li>Hutterer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FET+PET:+a+valuable+diagnostic+tool+in+neuro-oncology,+but+not+all+that+glitters+is+glioma.">FET PET: a valuable diagnostic tool in neuro-oncology, but not all that glitters is glioma.</a> Neuro-oncology. 15 (3), 341-351 (2013).</li><li>Stockhammer, F., Plotkin, M., Amthauer, H., Landeghem, F. K. H., Woiciechowsky, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+of+F-18-fluoro-ethyl-tyrosin+uptake+with+vascular+and+cell+density+in+non-contrast-enhancing+gliomas.">Correlation of F-18-fluoro-ethyl-tyrosin uptake with vascular and cell density in non-contrast-enhancing gliomas.</a> Journal of Neuro-oncology. 88 (2), 205-210 (2008).</li><li>. Mricron dicom to nifti converter. neuroimaging informatics tools and resources clearinghouse (nitrc) Available from: <a target="_blank" href="https://www.nitrc.org/projects/mricron">https://www.nitrc.org/projects/mricron</a> (2015)</li><li>. SPM12 Manual Available from: <a target="_blank" href="https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/doc/spm12_manual.pdf">https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/doc/spm12_manual.pdf</a> (2014)</li><li>Espa&#241;a, S., Marcinkowski, R., Keereman, V., Vandenberghe, S., Van Holen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DigiPET:+Sub-millimeter+spatial+resolution+small-animal+PET+imaging+using+thin+monolithic+scintillators.">DigiPET: Sub-millimeter spatial resolution small-animal PET imaging using thin monolithic scintillators.</a> Physics in Medicine &amp; Biology. 59 (13), 3405-3420 (2014).</li></ol>

En rotte GB-model til at efterligne kemo-strålebehandlingen i klinikken for glioblastompatienter blev tidligere beskrevet20. I lighed med den kliniske metode blev CT og MR kombineret under behandlingsplanlægningsprocessen for at opnå mere præcis bestråling. En multimodalitetsseng for at minimere (hoved) bevægelse blev brugt, når dyret blev flyttet fra et billeddannelsessystem til et andet. Efterfølgende blev PET-billeddannelse føjet til behandlingsplanlægningsprocessen, og PET-baseret st...

Glioblastom (GB) er en ondartet og meget aggressiv primær hjernetumor. GB er en solid heterogen tumor, der typisk er karakteriseret ved infiltrative grænser, nuklear atypi og nekrose1. Tilstedeværelsen af blod-hjerne-barrieren og hjernens status som et immunprivilegieret sted gør opdagelsen af nye mål for kemo- og immunterapi til en skræmmende opgave2,3,4. Det er bemærkelsesværdigt, at behandlingen af GB-patienter næppe har ændret sig siden introduktionen i 2005 af Stupp-protokollen, der kombinerer ekstern strålebehandling (RT) med samtidig temozolomid, normalt efterfulgt af adjuvans temozolomid5. Typisk går Stupp-protokollen forud for maksimal kirurgisk resektion. Derfor er alternative behandlingsmetoder af afgørende betydning.
Nuværende strålebehandling til glioblastompatienter leverer en ensartet stråledosis til det definerede tumorvolumen. I strålingsonkologi er der en vigtig dosis-respons-korrelation for glioblastom med stigende dosis, som synes at dække omkring 60 Gy på grund af øget toksicitet for den normale hjerne6,7. Tumorer kan dog være meget (radiobiologisk) heterogene med gradienter af iltniveau og / eller store forskelle i cellulær densitet. Metaboliske billeddannelsesteknikker, såsom PET, kan visualisere disse biologiske egenskaber og kan bruges til at tilpasse dosisrecepten. Denne fremgangsmåde er kendt som dosismaleri RT. Dette udtryk blev introduceret af Ling et al. i 2000. Forfatterne definerede dosismaleri af RT som at producere "udsøgt konforme dosisfordelinger inden for rammerne af strålingsudbredelse og spredning"8.
Der er to typer dosismaling RT, dosismaling ved konturer (DPBC), hvorved en dosis ordineres til et sæt indlejrede undervolumener, og dosismaling efter tal (DPBN), hvorved en dosis ordineres på voxelniveau. Dosisfordelingen for DPBN RT kan ekstraheres fra funktionelle billeder. Dosis i hver voxel bestemmes af intensiteten I af den tilsvarende voxel i billedet med en nedre og øvre grænse for at sikre, at der på den ene side leveres en tilstrækkelig dosis til hver del af tumoren. På den anden side overskrider doserne ikke en øvre grænse for at beskytte organer i fare og undgå toksicitet. Den mest enkle metode er en lineær interpolation (se Eq. 1) mellem minimumsdosis Dmin og maksimal dosis Dmax, der forholdsmæssigt varierer mellem minimumsintensitet Imax og maksimal intensitet inden for målvolumen9,10
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62560/62560eq01.jpg">Eq. 1
Da der er en vis skepsis over for kvalitetssikringen af DPBN RT, bør aflejringen af dosis verificeres gennem præklinisk og klinisk forskning10. Der kan dog kun indhentes begrænsede data fra kliniske forsøg, og det er blevet antaget, at der kan opnås mere indsigt ved nedskalering til forsøgsdyr11,12. Derfor er prækliniske undersøgelser, der anvender præcisionsbilledstyrede strålingsforskningsplatforme, der muliggør kobling med nogle meget specifikke teknikker, såsom autoradiografi, velegnede til at undersøge åbne spørgsmål og bane vejen for personlig medicin og nye behandlingsstrategier, såsom dosismaling RT13,14. Fortolkningen af prækliniske data skal dog udføres med forsigtighed, og ulemper ved disse prækliniske opsætninger skal overvejes14.
Mikrobestrålingssystemer, såsom Small Animal Radiation Research Platform (SARRP), er udstyret med lignende teknologier som deres kliniske modstykke. De omfatter indbygget keglestråle CT (CBCT) billeddannelse, et præklinisk behandlingsplanlægningssystem (PCTPS) og giver submillimeter præcision. Kliniske dosisberegninger udføres ved invers behandlingsplanlægning, hvor man initierer fra den ønskede dosisfordeling for at bestemme strålerne via en iterativ algoritme. Prækliniske bestrålere bruger ofte fremadrettet planlægning. Ved fremadrettet planlægning vælges den krævede mængde og vinkel på bjælkerne, og PCTPS beregner derefter dosisfordelingen. Optimeringen af planerne udføres ved manuel iteration, hvilket er arbejdskrævende15.
Efter 2009 har nye udviklinger gjort det muligt at gennemføre omvendt planlægning på disse forskningsplatforme16,17,18. For at øge ligheden med den kliniske metode blev en motoriseret variabel rektangulær kollimator (MVC) udviklet som en præklinisk modstykke til flerbladet kollimator. En todimensionel dosismalingsmetode ved hjælp af en variabel kollimator blev offentliggjort af Cho et al.19. Denne forskningsgruppe implementerede en tredimensionel (3D) omvendt behandlingsplanlægningsprotokol på en mikrobestråler og bestemte minimums- og maksimumsdoser for målvolumenet og en maksimal dosis for de organer, der er i fare. Disse teknikker er hovedsageligt blevet evalueret i silico, og deres prækliniske anvendelser skal undersøges.
Dette papir præsenterer en in silico-undersøgelse for at sammenligne to metoder til [18F]-fluor-ethyl-L-tyrosin ([18F]FET) PET-baseret dosismaling i en GB-rottemodel20,21,22 ved hjælp af en forskningsplatform for stråling fra små dyr. Disse to metoder er (1) subvolumenforøgelse ved hjælp af foruddefinerede strålestørrelser og (2) dosismaling ved hjælp af en motoriseret variabel kollimator, hvor kæbedimensioner ændres baseret på PET-sporstofoptagelsen i tumorvolumenet. [18F] FET er et PET-sporstof, der ofte anvendes i neuro-onkologi på grund af dets evne til at detektere hjernetumorer23. [18F] FET er en kunstig aminosyre, der internaliseres i tumorceller, men ikke inkorporeres i celleproteiner. [18F] FET-optagelse svarer til celleproliferationshastighed, tumorcelletæthed og angiogenese24. Da dette er det mest almindeligt anvendte onkologiske hjerne-PET-sporstof i disse forfatteres institut, blev denne radiosporstof valgt til at evaluere den nye arbejdsgang.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Cell culture</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>F98 Glioblastoma Cell Line</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-2397</td>
			<td>https://www.lgcstandards-atcc.org/products/all/CRL-2397</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbeco&#39;s Modified Eagle Medium</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>22320-030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture flasks</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>178883</td>
			<td>75 cm&#178;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10270106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Glutamine</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>25030-032</td>
			<td>200 mM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicilline-Streptomycin</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>15140-148</td>
			<td>10,000 U/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate-Buffered Saline (PBS)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>14040-224</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>25300-062</td>
			<td>0.05%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GB Rat Model</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ball-shaped burr</td>
			<td>Foredom</td>
			<td>A-228</td>
			<td>1.8 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bone Wax</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td>1029754</td>
			<td>https://www.aesculapusa.com/en/healthcare-professionals/or-solutions/or-solutions-cranial-closure/hemostatic-bone-wax.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethilon</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>662G/662H</td>
			<td>FS-2, 4-0, 3/8, 19 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fischer F344/Ico crl Rats</td>
			<td>Charles River</td>
			<td>-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin Syringe Microfine</td>
			<td>Beckton-Dickinson</td>
			<td>320924</td>
			<td>1 mL, 29 G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR Lamp</td>
			<td>Philips</td>
			<td>HP3616/01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Meloxicam (Metacam)</td>
			<td>Boehringer Ingelheim</td>
			<td>-</td>
			<td>2 mg/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromotor rotary tool</td>
			<td>Foredom</td>
			<td>K.1090-22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropump system</td>
			<td>Stoelting Co.</td>
			<td>53312</td>
			<td>Stoelting Stereotaxic Injector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotactic frame</td>
			<td>Stoelting Co.</td>
			<td>51600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylocaine (1%, with adrenaline 1:200,000)</td>
			<td>Aspen</td>
			<td>-</td>
			<td>1%, with adrenaline 1:200,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylocaine gel (2%)</td>
			<td>Aspen</td>
			<td>-</td>
			<td>2%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal Irradiation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-irradiator</td>
			<td>X-Strahl</td>
			<td>SARRP</td>
			<td>Version 4.2.0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td>X-Strahl</td>
			<td>Muriplan</td>
			<td>Preclinical treatment planning system (PCTPC), version 2.2.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small Animal PET</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>[18F]FET</td>
			<td>Inhouse made</td>
			<td>-</td>
			<td>PET tracer; along with Prohance: MRI/PET agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-PET</td>
			<td>Molecubes</td>
			<td>Beta-Cube</td>
			<td>https://www.molecubes.com/b-cube/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small Animal MRI</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-MRI</td>
			<td>Bruker Biospin</td>
			<td>Pharmascan 70/16</td>
			<td>https://www.bruker.com/products/mr/preclinical-mri/pharmascan.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30 G Needle for IV injection</td>
			<td>Beckton-Dickinson</td>
			<td>305128</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PE 10 Tubing</td>
			<td>Instech Laboratories Inc</td>
			<td>BTPE-10</td>
			<td>BTPE-10, polyethylene tubing 0.011 x 0.024 in (0.28 x 60 mm), non sterile, 30 m (98 ft) spool, Instech laboratories, Inc Plymouth meeting PA USA- (800) 443-4227- http://www.instechlabs.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prohance contrast agent</td>
			<td>Bracco Imaging</td>
			<td>-</td>
			<td>279.3 mg/mL, gadolinium-contrast agent (along with [18F]FET: MRI/PET agent)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tx/Rx Rat Brain - Mouse Whole Body Volumecoil</td>
			<td>Bruker Biospin</td>
			<td>-</td>
			<td>40 mm diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water-based Heating Unit</td>
			<td>Bruker Biospin</td>
			<td>MT0125</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Consumables</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Zoetis</td>
			<td>B506</td>
			<td>Anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin Syringe Microfine</td>
			<td>Beckton-Dickinson</td>
			<td>320924</td>
			<td>1 mL, 29 G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image Analysis</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td>-</td>
			<td>Version R2019b</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMOD</td>
			<td>PMOD technologies LLC</td>
			<td></td>
			<td>Preclinical and molecular imaging software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

positron emission tomography-based dose painting radiation therapy in a glioblastoma rat model using the small animal radiation research platform

En rotteglioblastommodel til efterligning af kemostrålebehandling af humant glioblastom i klinikken blev tidligere etableret. I lighed med den kliniske behandling blev computertomografi (CT) og magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) kombineret under behandlingsplanlægningsprocessen. Positronemissionstomografi (PET) billeddannelse blev efterfølgende tilføjet for at implementere subvolumenforøgelse ved hjælp af et mikrobestrålingssystem. Kombination af tre billeddannelsesmetoder (CT, MR og PET) ved hjælp af et mikrobestrålingssystem viste sig imidlertid at være arbejdskrævende, fordi multimodal billeddannelse, behandlingsplanlægning og dosislevering skal afsluttes sekventielt i præklinisk indstilling. Dette resulterer også i en arbejdsgang, der er mere tilbøjelig til menneskelige fejl. Derfor blev der implementeret en brugervenlig algoritme til yderligere optimering af præklinisk multimodal billeddannelsesbaseret strålebehandlingsplanlægning. Dette softwareværktøj blev brugt til at evaluere nøjagtigheden og effektiviteten af dosismaling strålebehandling med mikrobestråling ved hjælp af et in silico-undersøgelsesdesign . Den nye metode til dosismalingsstrålebehandling er bedre end den tidligere beskrevne metode med hensyn til nøjagtighed, tidseffektivitet og intra- og interbrugervariation. Det er også et vigtigt skridt i retning af gennemførelsen af omvendt behandlingsplanlægning på mikrobestrålere, hvor fremadrettet planlægning stadig er almindeligt anvendt i modsætning til kliniske systemer.

Gennemførligheden af PET- og MR-styret bestråling i en glioblastomrottemodel, der bruger SARRP til at efterligne den humane behandlingsstrategi, er tidligere beskrevet20,21,22. Mens dyret blev fastgjort på en multimodalitetsseng lavet internt, var det muligt at oprette en acceptabel strålebehandlingsplan, der kombinerede tre billeddannelsesmetoder: PET, MR og CT. I disse metoder blev en ekstern softwarepakke (se mate...

Watch this Scientific Journal Video about Positron Emission Tomography-based Dose Painting Radiation Therapy in a Glioblastoma Rat Model using the Small Animal Radiation Research Platform at JoVE.com

Positron Emission Tomography-based Dose Painting Radiation Therapy in a Glioblastoma Rat Model using the Small Animal Radiation Research Platform

Her præsenterer vi en protokol til at udføre præklinisk positronemissionstomografibaseret strålebehandling i en rotteglioblastommodel ved hjælp af algoritmer udviklet internt for at optimere nøjagtigheden og effektiviteten.

Positronemissionstomografibaseret dosismalingsstrålebehandling i en glioblastomrottemodel ved hjælp af Small Animal Radiation Research Platform

A rat glioblastoma model to mimic chemo-radiation treatment of human glioblastoma in the clinic was previously established. Similar to the clinical ...

Protokollen beskriver en optimeret arbejdsgang for præklinisk PET-baseret strålebehandling i en rotteglioblastommodel ved hjælp af internt udviklede algoritmer. Den optimerede tilgang favoriserer automatisering og er mindre tidskrævende sammenlignet med den tidligere udviklede arbejdsgang. Efter bedømning af en F98 glioblastom rotte, der huser en syv til otte millimeter diameter tumor, injicere 10 til 12 megabecquerel fluor-18 FET opløst i 200 mikroliter saltvand i den laterale halevene en time før PET erhvervelse.Lad dyret genvinde bevidstheden, mens sporstoffet bliver fordelt i hele kroppen. I mellemtiden skal du rette en kapillær fyldt med MR PET-agenten for lettere samregistrering. Bedøns derefter dyret igen og læg det på en multimodalitetsseng.Fastgør dyret ved hjælp af krog- og løkkefastgørelseselementer for at opretholde en fast position under billeddannelsen og mikrobestrålingen, og pakk derefter dyret ind i bobleplast for at bevare dets kropstemperatur under multimodalitetsbilleddannelse og terapi. En time efter injektionen af PET-sporstoffet udføres en PET-scanning. Rekonstruer PET-scanningen til et 3D-volumen med en voxelstørrelse på 0,4 millimeter ved hjælp af 30 iterationer af den maksimale sandsynlighedsmaksimeringsalgoritme.Derefter injiceres et MR-kontrastmiddel i halevenen, og placer derefter rotten, der stadig er fastgjort på multimodalitetsbedet i dyreholderen på MR-scanneren. Udfør en lokaliseringsscanning efterfulgt af en kontrastforbedret T1-vægtet spin-ekkosekvens. Placer derefter dyret, der stadig er fastgjort på multimodalitetsbedet, på en plastikholder, der er fastgjort på det fireaksede robotpositioneringsbord på mikrobestråleren.Udfør en højopløselig behandlingsplanlægning keglestråle CT, der kræver i alt 360 fremspring over 360 grader. Rekonstruer CT-billederne med en isotrop voxelstørrelse på 0,275 millimeter. For billedregistrering skal du placere de tre billedmodaliteter i en mappe og derefter importere de konverterede billeder til MATLAB.Kør derefter dosismaleriets medregistrering MATLAB-script, der konverterer DICOM-billederne til NIfTI-formatet, filtrerer PET-billedet med et halvfrimat Gaussisk filter i en millimeter fuld bredde, beskærer PET-billedet og flytter billedcentrene tæt på hinanden og udfører den faktiske stive kropsmedregistrering ved hjælp af statistisk parametrisk kortlægning. Evaluer resultatet af den automatiske samregistrering, inden du går videre til behandlingsplanlægning. For at anvende metode 1 skal du køre MATLAB-scriptet til planlægning af dosismaling og indlæse de tre forskellige billeddannelsesmetoder i MATLAB-appen.Placer derefter en generøs afgrænsningsramme omkring kontrastforbedringen på tværgående, sagittale og frontale visninger af den T1-vægtede MR-scanning. Gem placeringen af afgrænsningsræset, og afslut derefter boksen. Bestem den kontrastforstærkede lydstyrke ved hjælp af en tærskel.Hvis der er valgt flere regioner, skal du kun vælge det største volumen, hvis centrum betragtes som det første isocenter, der leverer en foreskrevet dosis til strålebehandling. Udvid den tidligere bestemte MR-kontrastforbedring med 10 pixels i hver retning. Hvis der opdages flere regioner, skal du kun beholde det største PET-volumen, hvis centrum betragtes som det andet isocenter, der leverer en foreskrevet dosis til strålebehandling.For det første isocenter skal du levere en foreskrevet dosis på 2.000 centigray ved hjælp af tre ikke-coplanar buer ved sofapositioner nul, negativ 45 og negativ 90 grader med en portalrotation på henholdsvis 120, 120 og 60 grader. Brug en fast kollimatorstørrelse på 10 til 10 millimeter. For mindre tumorer skal du dog bruge en passende størrelse, såsom fem gange fem millimeter.For det andet isocenter skal du levere en foreskrevet dosis på 800 centigray ved hjælp af tre ikke-coplanarbuer ved sofapositioner nul, negativ 45 og negativ 90 grader med en portalrotation på henholdsvis 120, 120 og 60 grader. Brug en fast kollimatorstørrelse på en millimeter. Beregn dosisfordelingen i dyret og stråleleveringsparametrene.For at anvende metode to skal du indlæse de tre forskellige billeddannelsesmetoder i MATLAB-appen som vist tidligere, derefter placere en generøs afgrænsningsramme omkring kontrastforbedringen på tværgående, sagittale og frontale visninger af fluor-18 FET PET-billedet og gemme placeringen af afgrænsningsboksen. Når du har afsluttet afgrænsningsrænken, skal du bruge det relevante MATLAB-script til at bestemme V50, V60, V70, V80 og V90 i isocentrene og kæbedimensionerne for hver stråle, der kræves for at styre den motoriserede variable kollimator. For at levere en foreskrevet dosis på 2.000 centigray fordelt over 16 bjælker til V50 og en dosis på 800 centigray fordelt over 40 bjælker til V60 til V90 skal du vælge outputfilen genereret af MATLAB-scriptet og importere de 56 stråler til behandlingsplanlægningssoftwaren.Når du har kontrolleret, at alle 56 bjælker er importeret korrekt, beregnes dosisfordelingen i dyret og stråleleveringsparametrene. Begge metoder til PET-baseret dosismalingsstrålebehandling blev anvendt på tre forskellige tilfælde. Tilfælde et har en sfærisk homogen PET-optagelse, mens tilfælde to og tre har en ringformet optagelse, hvor den reducerede PET-optagelse sandsynligvis er nekrotisk væv.Dosisvolumenhistogrammer for metode to er systematisk tættere på den ideelle dosisfordeling end for metode 1. Et betydeligt tumorvolumen modtager utilstrækkelig bestråling i tilfælde to og tre, når de behandles med metode 1. D90- og D50-værdierne er betydeligt lavere for metode et end for metode to.Ideelt set gør Q-volumenhistogrammer et kraftigt fald ved en Q-værdi svarende til en. Metode to resulterer altid i dosisfordelinger, der er tættere på dosismålet end metode 1. Desuden var de samlede Q-faktorer for metode to bedre end for metode 1.Denne metode er et afgørende skridt i retning af omvendt planlægning, som generelt anvendes i klinisk rutine og yderligere indsnævrer kløften mellem præklinisk strålingsforskning og klinikken.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

Advanced Animal Model of Colorectal Metastasis in Liver: Imaging Techniques and Properties of Metastatic Clones

Advanced Animal Model af kolorektal Metastase i Lever: Imaging teknikker og Ejendomsstyrelsen mod metastatiske kloner

Patients with a limited number of hepatic metastases and slow rates of progression can be successfully treated with local treatment approaches1,2. ...

PET and MRI Guided Irradiation of a Glioblastoma Rat Model Using a Micro-irradiator

PET og Mr guidede bestråling af en glioblastom rotte Model ved hjælp af en mikro-irradiator

For decades, small animal radiation research was mostly performed using fairly crude experimental setups applying simple single-beam techniques without ...

An In Vivo Murine Sciatic Nerve Model of Perineural Invasion

An In Vivo Murine Sciatic Nerve Model of Perineural Invasion

En In Vivo Murine iskiasnerven Model af Perineural Invasion

Cancer cells invade nerves through a process termed perineural invasion (PNI), in which cancer cells proliferate and migrate in the nerve ...

The Clinical Application of Tumor Treating Fields Therapy in Glioblastoma

Den kliniske anvendelse af Tumor behandling af felter terapi i glioblastom

Glioblastoma is the most common and lethal form of brain cancer, with a median survival of 15 months after diagnosis and a 5 year survival rate of only 5% ...

Studying Normal Tissue Radiation Effects using Extracellular Matrix Hydrogels

Studere normale vævs stråling effekter ved hjælp af ekstracellulære matrix Hydrogels

Radiation is a therapy for patients with triple negative breast cancer. The effect of radiation on the extracellular matrix (ECM) of healthy breast tissue ...

Cell Cycle-specific Measurement of &#947;H2AX and Apoptosis After Genotoxic Stress by Flow Cytometry

Cell Cycle-specific Measurement of ÃƒÅ½Ã‚Â³H2AX and Apoptosis After Genotoxic Stress by Flow Cytometry

Celle cyklus-specifik måling af γH2AX og apoptose efter genotoksisk stress ved flow cytometri

The presented method or slightly modified versions have been devised to study specific treatment responses and side effects of various anti-cancer ...

Management of Respiratory Motion Artefacts in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography using an Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm

Management of Respiratory Motion Artefacts in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography using an Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm

Håndtering af respiratoriske bevægelsesgenstande i 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomografi ved hjælp af en Amplitude-baseret optimal respiratorisk gating algoritme

Positron emission tomography (PET) combined with X-ray computed tomography (CT) is an important molecular imaging platform that is required for accurate ...

Studying Triple Negative Breast Cancer Using Orthotopic Breast Cancer Model

Studere Triple Negative Breast Cancer Brug Orthotopic Breast Cancer Model

Triple-negative breast cancer (TNBC) is an aggressive breast cancer subtype with limited therapeutic options. When compared to patients with less ...

A 3D Spheroid Model for Glioblastoma

En 3D Sfæroide model for Glioblastoma

Two-dimensional (2D) cell cultures do not mimic in vivo tumor growth satisfactorily. Therefore, three-dimensional (3D) culture spheroid models were ...

Machine Learning Algorithms for Early Detection of Bone Metastases in an Experimental Rat Model

Machine Learning Algoritmer til tidlig påvisning af Bone Metastases i en eksperimentel rotte model

Machine learning (ML) algorithms permit the integration of different features into a model to perform classification or regression tasks with an accuracy ...