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

De auteurs willen Stichting Lux Luka bedanken voor het ondersteunen van dit werk.

De studie werd goedgekeurd door de lokale ethische commissie voor dierproeven (ECD 18/21). Anesthesiemonitoring wordt uitgevoerd door de ademhalingsfrequentie van de dieren te verkrijgen met behulp van een sensor.
1. F98 GB rat cel model
<ol><li>Kweek de F98 GB-cellen in een monolaag met dulbecco's Modified Eagle Medium, aangevuld met 10% kalfsserum, 1% penicilline, 1% streptomycine en 1% L-glutamine, en plaats ze in een CO2-incubator (5% CO2 en 37 °C).</li>
	<li>Ent ...

<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>

Een rat GB-model om de chemo-bestralingsbehandeling in de kliniek voor glioblastoompatiënten na te bootsen, werd eerder beschreven20. Net als bij de klinische methode werden CT en MRI gecombineerd tijdens het behandelingsplanningsproces om een nauwkeurigere bestraling te verkrijgen. Een multimodaliteitsbed om (hoofd)beweging te minimaliseren werd gebruikt wanneer het dier van het ene beeldvormingssysteem naar het andere werd verplaatst. Vervolgens werd PET-beeldvorming toegevoegd aan het behandel...

Glioblastoom (GB) is een kwaadaardige en zeer agressieve primaire hersentumor. GB is een solide heterogene tumor die meestal wordt gekenmerkt door infiltratieve grenzen, nucleaire atypie en necrose1. De aanwezigheid van de bloed-hersenbarrière en de status van de hersenen als immuun-bevoorrechte site maakt de ontdekking van nieuwe doelwitten voor chemo- en immunotherapie een ontmoedigende taak2,3,4. Het is opmerkelijk dat de behandeling van GB-patiënten nauwelijks is veranderd sinds de introductie, in 2005, van het Stupp-protocol dat externe bestralingstherapie (RT) combineert met gelijktijdig temozolomide, meestal gevolgd door adjuvante temozolomide5. Meestal wordt het Stupp-protocol voorafgegaan door maximale chirurgische resectie. Daarom zijn alternatieve behandelingsbenaderingen van cruciaal belang.
De huidige bestralingstherapie voor glioblastoompatiënten levert een uniforme stralingsdosis aan het gedefinieerde tumorvolume. In de radiotherapie-oncologie is er een belangrijke dosis-responscorrelatie voor glioblastoom met toenemende dosis, die rond 60 Gy lijkt te liggen, als gevolg van verhoogde toxiciteit voor de normale hersenen6,7. Tumoren kunnen echter zeer (radiobiologisch) heterogeen zijn, met gradiënten van zuurstofgehalte en/of grote verschillen in cellulaire dichtheid. Metabole beeldvormingstechnieken, zoals PET, kunnen deze biologische kenmerken visualiseren en kunnen worden gebruikt om het dosisvoorschrift aan te passen. Deze aanpak staat bekend als dose painting RT. Deze term werd geïntroduceerd door Ling et al. in 2000. De auteurs definieerden dosisschildering RT als het produceren van "prachtig conforme dosisverdelingen binnen de beperkingen van stralingsvoortplanting en -verstrooiing"8.
Er zijn twee soorten dosisschildering RT, dosisschildering door contouren (DPBC), waarbij een dosis wordt voorgeschreven aan een set geneste subvolumes, en dosisschildering door getallen (DPBN), waarbij een dosis wordt voorgeschreven op voxelniveau. De dosisverdeling voor DPBN RT kan worden geëxtraheerd uit functionele beelden. De dosis in elke voxel wordt bepaald door de intensiteit I van de overeenkomstige voxel in het beeld, met een onder- en bovengrens, om ervoor te zorgen dat aan de ene kant een voldoende dosis wordt toegediend aan elk deel van de tumor. Aan de andere kant overschrijden doses een bovengrens niet om risicoorganen te beschermen en toxiciteit te voorkomen. De meest eenvoudige methode is een lineaire interpolatie (zie Eq. 1) tussen de minimale dosis Dmin en de maximale dosis Dmax, proportioneel variërend tussen de minimale intensiteit Imax en de maximale intensiteit binnen het streefvolume9,10
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62560/62560eq01.jpg">Eq. 1
Omdat er enige scepsis bestaat over de kwaliteitsborging van DPBN RT, moet de afzetting van de dosis worden geverifieerd door preklinisch en klinisch onderzoek10. Er kunnen echter slechts beperkte gegevens worden verkregen uit klinische onderzoeken en er is verondersteld dat meer inzichten kunnen worden verkregen door af te schalen naar proefdieren11,12. Vandaar dat preklinische studies met behulp van precisiebeeldgeleide stralingsonderzoeksplatforms die koppeling met enkele zeer specifieke technieken mogelijk maken, zoals autoradiografie, geschikt zijn voor het onderzoeken van open problemen en het effenen van de weg naar gepersonaliseerde geneeskunde en nieuwe behandelingsstrategieën, zoals dosisschilderen RT13,14. De interpretatie van preklinische gegevens moet echter met de nodige voorzichtigheid worden uitgevoerd en de nadelen van deze preklinische opstellingen moeten worden overwogen14.
Microbestralingssystemen, zoals het Small Animal Radiation Research Platform (SARRP), zijn uitgerust met vergelijkbare technologieën als hun klinische tegenhanger. Ze omvatten on-board cone-beam CT (CBCT) beeldvorming, een preklinisch behandelingsplanningssysteem (PCTPS) en bieden sub-millimeter precisie. Klinische dosisberekeningen worden uitgevoerd door middel van inverse behandelingsplanning, waarbij men vanuit de gewenste dosisverdeling de bundels bepaalt via een iteratief algoritme. Preklinische bestralingen maken vaak gebruik van voorwaartse planning. Bij de toekomstplanning worden de vereiste hoeveelheid en hoek van de bundels geselecteerd en de PCTPS berekent vervolgens de dosisverdeling. De optimalisatie van de plannen wordt uitgevoerd door handmatige iteratie, die arbeidsintensief is15.
Na 2009 hebben nieuwe ontwikkelingen de implementatie van inverse planning op deze onderzoeksplatforms mogelijk gemaakt16,17,18. Om de gelijkenis met de klinische methode te vergroten, werd een gemotoriseerde variabele rechthoekige collimator (MVC) ontwikkeld als een preklinische tegenhanger van de meerbladige collimator. Een tweedimensionale dosisschildermethode met behulp van een variabele collimator werd gepubliceerd door Cho et al.19. Deze onderzoeksgroep implementeerde een driedimensionaal (3D) invers behandelingsplanningsprotocol op een micro-bestralingsapparaat en bepaalde minimale en maximale doses voor het doelvolume en een maximale dosis voor de risicoorganen. Deze technieken zijn voornamelijk geëvalueerd in silico en hun preklinische toepassingen moeten worden onderzocht.
Dit artikel presenteert een in silico studie om twee methodologieën te vergelijken voor [18F]-fluoro-ethyl-L-tyrosine ([18F]FET) PET-gebaseerde dosisschildering in een GB rat model20,21,22 met behulp van een klein dierlijk stralingsonderzoeksplatform. Deze twee methodologieën zijn (1) subvolumeverhoging met behulp van vooraf gedefinieerde bundelgroottes en (2) dosisschildering met behulp van een gemotoriseerde variabele collimator waarbij kaakafmetingen worden gewijzigd op basis van de PET-traceropname in het tumorvolume. [18F] FET is een PET-tracer die vaak wordt gebruikt in de neuro-oncologie vanwege het vermogen om hersentumoren te detecteren23. [18F] FET is een kunstmatig aminozuur dat wordt geïnternaliseerd in tumorcellen, maar niet wordt opgenomen in celeiwitten. [18F] FET-opname komt overeen met celproliferatiesnelheid, tumorceldichtheid en angiogenese24. Omdat dit de meest gebruikte oncologische brain PET tracer is in het instituut van deze auteurs, werd deze radiotracer gekozen om de nieuwe workflow te evalueren.

<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

Een rattenglioblastoommodel om chemo-bestraling van menselijk glioblastoom in de kliniek na te bootsen, werd eerder vastgesteld. Net als bij de klinische behandeling werden computertomografie (CT) en magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) gecombineerd tijdens het behandelingsplanningsproces. Positron emissie tomografie (PET) beeldvorming werd vervolgens toegevoegd om sub-volume boost te implementeren met behulp van een micro-bestralingssysteem. Het combineren van drie beeldvormingsmodaliteiten (CT, MRI en PET) met behulp van een microbestralingssysteem bleek echter arbeidsintensief te zijn omdat multimodale beeldvorming, behandelingsplanning en dosisafgifte achtereenvolgens moeten worden voltooid in de preklinische setting. Dit resulteert ook in een workflow die meer vatbaar is voor menselijke fouten. Daarom werd een gebruiksvriendelijk algoritme geïmplementeerd om de preklinische multimodale beeldvormingsgebaseerde bestralingsplanning verder te optimaliseren. Deze softwaretool werd gebruikt om de nauwkeurigheid en efficiëntie van dosisschilderende bestralingstherapie met micro-bestraling te evalueren met behulp van een in silico-studieontwerp . De nieuwe methodologie voor dosisschilderende bestralingstherapie is superieur aan de eerder beschreven methode in termen van nauwkeurigheid, tijdsefficiëntie en intra- en inter-user variabiliteit. Het is ook een belangrijke stap in de richting van de implementatie van omgekeerde behandelingsplanning op micro-bestralingstoestellen, waar voorwaartse planning nog steeds vaak wordt gebruikt, in tegenstelling tot klinische systemen.

De haalbaarheid van PET- en MRI-geleide bestraling in een glioblastoomratmodel met behulp van de SARRP om de menselijke behandelingsstrategie na te bootsen, is eerder beschreven20,21,22. Terwijl het dier werd gefixeerd op een multimodaliteitsbed dat in eigen huis was gemaakt, was het mogelijk om een acceptabel bestralingsplan te maken dat drie beeldvormingsmodaliteiten combineerde: PET, MRI en CT. Bij deze methoden werd een exte...

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

Hier presenteren we een protocol om preklinische positronemissietomografie-gebaseerde radiotherapie uit te voeren in een rattenglioblastoommodel met behulp van algoritmen die intern zijn ontwikkeld om de nauwkeurigheid en efficiëntie te optimaliseren.

Positronemissie Tomografie-gebaseerde dosis schilderen Bestralingstherapie in een glioblastoom rat model met behulp van het 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 ...

Het protocol beschrijft een geoptimaliseerde workflow voor preklinische PET-gebaseerde radiotherapie in een rattenglioblastoommodel met behulp van in eigen huis ontwikkelde algoritmen. De geoptimaliseerde aanpak bevordert automatisering en is minder tijdrovend in vergelijking met de eerder ontwikkelde workflow. Na het verdoven van een F98 glioblastoomrat met een tumor met een diameter van zeven tot acht millimeter, injecteert u 10 tot 12 megabecquerel fluor-18 FET opgelost in 200 microliter zoutoplossing in de laterale staartader een uur voor PET-acquisitie.Laat het dier weer bij bewustzijn komen terwijl de tracer door het lichaam wordt verspreid. Bevestig ondertussen een capillair gevuld met het MRI PET-middel voor eenvoudigere co-registratie. Verdoof het dier vervolgens opnieuw en plaats het op een multimodaal bed.Zet het dier vast met behulp van klittenbandbevestigingen om een vaste positie te behouden tijdens de beeldvorming en microbestraling en wikkel het dier vervolgens in noppenfolie om zijn lichaamstemperatuur te behouden tijdens de multimodale beeldvorming en therapie. Voer een uur na de injectie van de PET-tracer een PET-scan uit. Reconstrueer de PET-scan in een 3D-volume met een voxelgrootte van 0,4 millimeter met behulp van 30 iteraties van het maximale waarschijnlijkheidsverwachtingsmaximalisatiealgoritme.Injecteer vervolgens een MRI-contrastmiddel in de staartader en plaats de rat vervolgens nog steeds gefixeerd op het multimodale bed in de dierhouder van de MRI-scanner. Voer een lokalisatiescan uit, gevolgd door een contrastverbeterde T1-gewogen spinechosequentie. Plaats het dier vervolgens nog steeds bevestigd op het multimodaliteitsbed op een plastic houder die is bevestigd aan de vierassige robotpositioneringstafel op de micro-bestralingsmachine.Voer een hoge resolutie behandeling planning conusstraal CT uit die in totaal 360 projecties over 360 graden vereist. Reconstrueer de CT-beelden met een isotrope voxelgrootte van 0,275 millimeter. Voor co-registratie van afbeeldingen plaatst u de drie afbeeldingsmodaliteiten in één map en importeert u de geconverteerde afbeeldingen in MATLAB.Voer vervolgens het doseerverf co-registratie MATLAB-script uit dat de DICOM-afbeeldingen converteert naar het NIfTI-formaat, het PET-beeld filtert met een half max Gaussisch filter van één millimeter, het PET-beeld bijsnijdt en de beeldcentra dicht bij elkaar beweegt en de werkelijke rigid body co-registratie uitvoert met behulp van statistische parametrische mapping. Evalueer het resultaat van de automatische co-registratie voordat u overgaat tot de behandelingsplanning. Om methode één toe te passen, voert u het MATLAB-script voor het schilderen van de dosisstraling uit en laadt u de drie verschillende beeldvormingsmodaliteiten in de MATLAB-app.Plaats vervolgens een royaal begrenzingsvak rond de contrastverbetering op de transversale, sagittale en frontale weergaven van de T1-gewogen MRI-scan. Sla de locatie van het selectiekader op en voltooi het vak. Bepaal het contrastverhogende volume met behulp van een drempelwaarde.Als er meerdere regio's zijn geselecteerd, selecteert u alleen het grootste volume, waarvan het midden wordt beschouwd als het eerste isocentrum dat een voorgeschreven dosis voor bestralingstherapie levert. Vouw de eerder bepaalde MRI-contrastverbetering uit met 10 pixels in elke richting. Als meerdere regio's worden gedetecteerd, behoudt u alleen het grootste PET-volume, waarvan het centrum wordt beschouwd als het tweede isocentrum dat een voorgeschreven dosis voor bestralingstherapie levert.Lever voor het eerste isocentrum een voorgeschreven dosis van 2.000 centigray met behulp van drie niet-coplanaire bogen op bankposities nul, negatief 45 en negatief 90 graden met een portaalrotatie van respectievelijk 120, 120 en 60 graden. Gebruik een vaste collimatorgrootte van 10 bij 10 millimeter. Gebruik voor kleinere tumoren echter een geschikte grootte zoals vijf bij vijf millimeter.Lever voor het tweede isocentrum een voorgeschreven dosis van 800 centigray met behulp van drie niet-coplanaire bogen op bankposities nul, negatief 45 en negatief 90 graden met een portaalrotatie van respectievelijk 120, 120 en 60 graden. Gebruik een vaste collimatorgrootte van één millimeter. Bereken de dosisverdeling binnen het dier en de parameters voor de bundelafgifte.Als u methode twee wilt toepassen, laadt u de drie verschillende beeldvormingsmodaliteiten in de MATLAB-app zoals eerder gedemonstreerd, plaatst u vervolgens een royaal selectiekader rond de contrastverbetering op de transversale, sagittale en frontale weergaven van de fluor-18 FET PET-afbeelding en slaat u de locaties van het selectiekader op. Nadat u het selectiekader hebt voltooid, gebruikt u het juiste MATLAB-script om V50, V60, V70, V80 en V90 te bepalen in de isocentra en de kaakafmetingen voor elke bundel die nodig is om de gemotoriseerde variabele collimator te geleiden. Om een voorgeschreven dosis van 2.000 centigray verdeeld over 16 balken voor V50 en een dosis van 800 centigray verdeeld over 40 balken voor V60 tot V90 te leveren, selecteert u het uitvoerbestand dat wordt gegenereerd door het MATLAB-script en importeert u de 56 balken in de behandelingsplanningssoftware.Nadat u hebt gecontroleerd of alle 56 balken correct zijn geïmporteerd, berekent u de dosisverdeling binnen het dier en de parameters voor de bundelafgifte. Beide methoden van pet-gebaseerde dosis schilderen bestralingstherapie werden toegepast op drie verschillende gevallen. Geval één heeft een bolvormige homogene PET-opname, terwijl gevallen twee en drie een ringvormige opname hebben waarbij de verminderde PET-opname hoogstwaarschijnlijk necrotisch weefsel is.De histogrammen van het dosisvolume voor methode twee liggen systematisch dichter bij de ideale dosisverdeling dan die voor methode één. Een aanzienlijk tumorvolume krijgt onvoldoende bestraling in gevallen twee en drie bij behandeling met methode één. De D90- en D50-waarden zijn aanzienlijk lager voor methode één dan voor methode twee.Idealiter maken Q-volume histogrammen een scherpe daling bij een Q-waarde gelijk aan één. Methode twee resulteert altijd in dosisverdelingen die dichter bij het dosisdoel liggen dan methode één. Bovendien waren de algemene Q-factoren voor methode twee superieur aan die voor methode één.Deze methodologie is een cruciale stap in de richting van omgekeerde planning die over het algemeen wordt gebruikt in de klinische routine en verkleint de kloof tussen preklinisch stralingsonderzoek en de kliniek verder.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

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

Geavanceerde diermodel van colorectale metastase in de lever: Imaging technieken en eigenschappen van gemetastaseerde Clones

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 en MRI geleide bestraling van een Glioblastoma Rat-Model met behulp van een Micro-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

Een In Vivo lymfkliertest Ischiaszenuw Model van Perineural invasie

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

De klinische toepassing van Tumor velden therapie behandelen in Glioblastoma

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

Het bestuderen van normale weefsel straling effecten met behulp van extracellulaire 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

Celcyclus-specifieke meting van γH2AX en apoptosis na genotoxische stress door flow Cytometrie

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

Beheer van Respiratory Motion Artefacten in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography met behulp van een Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm

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

Studeren Triple Negatieve Borstkanker met behulp van Orthotopische Borstkanker 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

Een 3D Spheroid Model voor Glioblastoom

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-algoritmen voor vroegtijdige opsporing van botmetastasen in een experimenteel ratmodel

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