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

Les auteurs tiennent à remercier la Fondation Lux Luka pour son soutien à ce travail.

L’étude a été approuvée par le comité d’éthique local pour l’expérimentation animale (ECD 18/21). La surveillance de l’anesthésie est effectuée en acquérant la fréquence respiratoire des animaux à l’aide d’un capteur.
1. Modèle de cellule de rat F98 GB
<ol><li>Cultivez les cellules F98 GB dans une monocouche à l’aide du milieu Eagle modifié de Dulbecco, complété par 10% de sérum de veau, 1% de pénicilline, 1% de streptomycine et 1% de L-glutamine, et placez-...

<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. 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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>

Un modèle GB de rat pour imiter le traitement de chimiothérapie-radiothérapie en clinique pour les patients atteints de glioblastome a été précédemment décrit20. Semblable à la méthode clinique, la tomodensitométrie et l’IRM ont été combinées au cours du processus de planification du traitement pour obtenir une irradiation plus précise. Un lit multimodal pour minimiser les mouvements (de la tête) a été utilisé lorsque l’animal a été déplacé d’un système d’imagerie ?...

Le glioblastome (GB) est une tumeur cérébrale primitive maligne et très agressive. Gb est une tumeur hétérogène solide généralement caractérisée par des limites infiltrantes, une atypie nucléaire et une nécrose1. La présence de la barrière hémato-encéphalique et le statut du cerveau en tant que site immuno-privilégié font de la découverte de nouvelles cibles pour la chimiothérapie et l’immunothérapie une tâche ardue2,3,4. Il est à noter que le traitement des patients atteints de GB a à peine changé depuis l’introduction, en 2005, du protocole Stupp qui combine la radiothérapie par faisceau externe (RT) avec le témozolomide concomitant, généralement suivi du témozolomide adjuvant5. En règle générale, le protocole Stupp est précédé d’une résection chirurgicale maximale. Par conséquent, les approches de traitement alternatives sont d’une importance cruciale.
La radiothérapie actuelle pour les patients atteints de glioblastome délivre une dose de rayonnement uniforme au volume tumoral défini. En radio-oncologie, il existe une corrélation dose-réponse importante pour le glioblastome avec une dose croissante, qui semble plafonner autour de 60 Gy, en raison d’une toxicité accrue pour le cerveau normal6,7. Cependant, les tumeurs peuvent être très (radiobiologiquement) hétérogènes, avec des gradients de niveau d’oxygène et/ou de grandes différences de densité cellulaire. Les techniques d’imagerie métabolique, telles que la TEP, peuvent visualiser ces caractéristiques biologiques et peuvent être utilisées pour personnaliser la prescription de dose. Cette approche est connue sous le nom de peinture de dose RT. Ce terme a été introduit par Ling et al. en 2000. Les auteurs ont défini la RT de peinture de dose comme produisant « des distributions de dose extrêmement conformes dans les contraintes de propagation et de diffusion du rayonnement »8.
Il existe deux types de peinture de dose RT, la peinture de dose par contours (DPBC), par laquelle une dose est prescrite à un ensemble de sous-volumes imbriqués, et la peinture de dose par nombres (DPBN), par laquelle une dose est prescrite au niveau du voxel. La distribution de dose pour DPBN RT peut être extraite à partir d’images fonctionnelles. La dose dans chaque voxel est déterminée par l’intensité I du voxel correspondant dans l’image, avec une limite inférieure et supérieure, pour s’assurer que, d’une part, une dose suffisante est administrée à chaque partie de la tumeur. D’autre part, les doses ne dépassent pas une limite supérieure pour protéger les organes à risque et éviter la toxicité. La méthode la plus simple est une interpolation linéaire (voir Eq. 1) entre la dose minimale Dmin et la dose maximale Dmax, variant proportionnellement entre l’intensité minimale Imax et l’intensité maximale dans le volume cible9,10
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62560/62560eq01.jpg">Eq. 1
Parce qu’il y a un certain scepticisme quant à l’assurance de la qualité de DPBN RT, le dépôt de la dose devrait être vérifié par la recherche préclinique et clinique10. Cependant, seules des données limitées peuvent être obtenues à partir d’essais cliniques, et il a été émis l’hypothèse que davantage d’informations peuvent être obtenues en réduisant la taille d’échelle aux animaux de laboratoire11,12. Par conséquent, les études précliniques utilisant des plates-formes de recherche sur les rayonnements guidés par l’image de précision qui permettent le couplage avec certaines techniques très spécifiques, telles que l’autoradiographie, sont adaptées pour examiner les questions en suspens et ouvrir la voie à la médecine personnalisée et à de nouvelles stratégies de traitement, telles que la peinture de dose RT13,14. Cependant, l’interprétation des données précliniques doit être effectuée avec prudence et les inconvénients de ces configurations précliniques doivent être pris en compte14.
Les systèmes de micro-irradiation, tels que la Small Animal Radiation Research Platform (SARRP), sont équipés de technologies similaires à celles de leur homologue clinique. Ils comprennent l’imagerie CT à faisceau conique (CBCT) embarquée, un système de planification de traitement préclinique (PCTPS) et offrent une précision submillimétrique. Les calculs de dose clinique sont effectués par planification inverse du traitement, par laquelle on commence à partir de la distribution de dose souhaitée pour déterminer les faisceaux via un algorithme itératif. Les irradiateurs précliniques utilisent souvent la planification prospective. Dans la planification prospective, la quantité et l’angle requis des faisceaux sont sélectionnés, et le PCTPS calcule ensuite la distribution de la dose. L’optimisation des plans est effectuée par itération manuelle, ce qui nécessite beaucoup de main-d’œuvre15.
Après 2009, de nouveaux développements ont rendu possible la mise en œuvre de la planification inverse sur ces plateformes de recherche16,17,18. Pour augmenter la similitude avec la méthode clinique, un collimateur rectangulaire variable motorisé (MVC) a été développé comme contrepartie préclinique du collimateur à feuilles multiples. Une méthode de peinture à dose bidimensionnelle utilisant un collimateur variable a été publiée par Cho et al.19. Ce groupe de recherche a mis en œuvre un protocole de planification de traitement inverse tridimensionnel (3D) sur un micro-irradiateur et a déterminé les doses minimales et maximales pour le volume cible et une dose maximale pour les organes à risque. Ces techniques ont été principalement évaluées in silico et leurs applications précliniques doivent être explorées.
Cet article présente une étude in silico pour comparer deux méthodologies pour la peinture à dose à base de PET [18F]-fluoro-éthyl-L-tyrosine ([18F]FET) dans un modèle de rat GB20,21,22 à l’aide d’une plate-forme de recherche sur les rayonnements de petits animaux. Ces deux méthodologies sont (1) l’amplification du sous-volume à l’aide de tailles de faisceau prédéfinies et (2) la peinture de dose à l’aide d’un collimateur variable motorisé où les dimensions de la mâchoire sont modifiées en fonction de l’absorption du traceur PET dans le volume tumoral. [18F] Le FET est un traceur TEP souvent utilisé en neuro-oncologie en raison de sa capacité à détecter les tumeurs cérébrales23. [18F] Le FET est un acide aminé artificiel qui est internalisé dans les cellules tumorales mais pas incorporé dans les protéines cellulaires. [18F] L’absorption du FET correspond au taux de prolifération cellulaire, à la densité des cellules tumorales et à l’angiogenèse24. Comme il s’agit du traceur TEP cérébral oncologique le plus couramment utilisé dans l’institut de ces auteurs, ce radiotraceur a été choisi pour évaluer le nouveau flux de travail.

<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

Un modèle de glioblastome de rat pour imiter le traitement chimio-radiothérapie du glioblastome humain en clinique a déjà été établi. À l’instar du traitement clinique, la tomodensitométrie (TDM) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM) ont été combinées au cours du processus de planification du traitement. L’imagerie par tomographie par émission de positons (TEP) a ensuite été ajoutée pour mettre en œuvre l’amplification du sous-volume à l’aide d’un système de micro-irradiation. Cependant, la combinaison de trois modalités d’imagerie (tomodensitométrie, IRM et TEP) à l’aide d’un système de micro-irradiation s’est avérée laborieuse, car l’imagerie multimodale, la planification du traitement et l’administration des doses doivent être effectuées séquentiellement dans le cadre préclinique. Il en résulte également un flux de travail plus sujet aux erreurs humaines. Par conséquent, un algorithme convivial pour optimiser davantage la planification de la radiothérapie basée sur l’imagerie multimodale préclinique a été mis en œuvre. Cet outil logiciel a été utilisé pour évaluer la précision et l’efficacité de la radiothérapie par peinture de dose avec micro-irradiation à l’aide d’un plan d’étude in silico . La nouvelle méthodologie pour la radiothérapie par peinture de dose est supérieure à la méthode décrite précédemment en termes de précision, d’efficacité temporelle et de variabilité intra- et inter-utilisateurs. Il s’agit également d’une étape importante vers la mise en œuvre de la planification du traitement inverse sur les micro-irradiateurs, où la planification prospective est encore couramment utilisée, contrairement aux systèmes cliniques.

La faisabilité de l’irradiation guidée par TEP et IRM dans un modèle de rat glioblastome utilisant le SARRP pour imiter la stratégie de traitement humain a déjà été décrite20,21,22. Alors que l’animal était fixé sur un lit multimodal fabriqué en interne, il a été possible de créer un plan de radiothérapie acceptable combinant trois modalités d’imagerie: TEP, IRM et CT. Dans ces méthodes, un progiciel exte...

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

Nous présentons ici un protocole pour effectuer une radiothérapie préclinique basée sur la tomographie par émission de positons dans un modèle de glioblastome de rat à l’aide d’algorithmes développés en interne pour optimiser la précision et l’efficacité.

Radiothérapie par peinture de dose basée sur la tomographie par émission de positons dans un modèle de rat de glioblastome à l’aide de la plate-forme de recherche sur les rayonnements de petits animaux

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

Le protocole décrit un flux de travail optimisé pour la radiothérapie préclinique à base de TEP dans un modèle de glioblastome du rat à l’aide d’algorithmes développés en interne. L’approche optimisée favorise l’automatisation et prend moins de temps par rapport au flux de travail précédemment développé. Après avoir anesthésié un rat glioblastome F98 hébergeant une tumeur de sept à huit millimètres de diamètre, injecter 10 à 12 mégabecquerels de fluor-18 FET dissous dans 200 microlitres de solution saline dans la veine latérale de la queue une heure avant l’acquisition de la TEP.Laissez l’animal reprendre conscience pendant que le traceur est distribué dans tout le corps. Pendant ce temps, fixez un capillaire rempli de l’agent IRM PET pour faciliter la co-enregistrement. Ensuite, anesthésiez à nouveau l’animal et placez-le sur un lit multimodal.Fixez l’animal à l’aide de crochets et de boucles pour maintenir une position fixe pendant l’imagerie et la micro-irradiation, puis enveloppez l’animal dans du papier bulle pour préserver sa température corporelle pendant l’imagerie et la thérapie multimodales. Une heure après l’injection du traceur PET, effectuez une TEP. Reconstruisez le PET scan dans un volume 3D avec une taille de voxel de 0,4 millimètre en utilisant 30 itérations de l’algorithme de maximisation des attentes de probabilité maximale.Ensuite, injectez un agent de contraste IRM dans la veine caudale, puis placez le rat encore fixé sur le lit multimodal dans le porte-animal du scanner IRM. Effectuez une analyse de localisation suivie d’une séquence d’écho de spin pondérée T1 améliorée par contraste. Placez ensuite l’animal encore fixé sur le lit multimodal sur un support en plastique fixé sur la table de positionnement robotique à quatre axes du micro-irradiateur.Effectuer une tomodensitométrie à faisceau conique de planification de traitement à haute résolution nécessitant un total de projections à 360 degrés. Reconstruisez les images CT avec une taille de voxel isotrope de 0,275 millimètre. Pour la co-enregistrement d’image, placez les trois modalités d’image dans un dossier, puis importez les images converties dans MATLAB.Ensuite, exécutez le script MATLAB de co-enregistrement de peinture de dose qui convertit les images DICOM au format NIfTI, filtre l’image PET avec un filtre gaussien demi-max pleine largeur d’un millimètre, recadre l’image PET et rapproche les centres d’image les uns des autres et effectue le co-enregistrement du corps rigide réel à l’aide d’une cartographie paramétrique statistique. Évaluer le résultat de la co-inscription automatique avant de procéder à la planification du traitement. Pour appliquer la première méthode, exécutez le script MATLAB de planification du rayonnement de peinture de dose et chargez les trois différentes modalités d’imagerie dans l’application MATLAB.Ensuite, placez un cadre de sélection généreux autour de l’amélioration du contraste sur les vues transversales, sagittales et frontales de l’IRM pondérée T1. Enregistrez l’emplacement du cadre de sélection, puis finalisez le cadre. Déterminez le volume de contraste amélioré à l’aide d’un seuil.Si plusieurs régions ont été sélectionnées, sélectionnez uniquement le plus grand volume, dont le centre est considéré comme le premier isocentre à administrer une dose prescrite pour la radiothérapie. Développez l’amélioration du contraste IRM précédemment déterminée de 10 pixels dans chaque direction. Si plusieurs régions sont détectées, ne conservez que le plus grand volume de TEP, dont le centre est considéré comme le deuxième isocentre à administrer une dose prescrite pour la radiothérapie.Pour le premier isocentre, administrer une dose prescrite de 2 000 centigranes en utilisant trois arcs non coplanaires aux positions du canapé zéro, négative 45 et négative 90 degrés avec une rotation du portique de 120, 120 et 60 degrés respectivement. Utilisez un collimateur fixe de 10 par 10 millimètres. Cependant, pour les tumeurs plus petites, utilisez une taille appropriée telle que cinq par cinq millimètres.Pour le deuxième isocentre, administrer une dose prescrite de 800 centigrays en utilisant trois arcs non coplanaires aux positions de canapé zéro, négative 45 et négative 90 degrés avec une rotation du portique de 120, 120 et 60 degrés respectivement. Utilisez un collimateur fixe d’un millimètre. Calculer la distribution de la dose au sein de l’animal et les paramètres d’administration du faisceau.Pour appliquer la deuxième méthode, chargez les trois différentes modalités d’imagerie dans l’application MATLAB comme illustré précédemment, puis placez un cadre de sélection généreux autour de l’amélioration du contraste sur les vues transversales, sagittales et frontales de l’image PET FET au fluor 18 et enregistrez les emplacements du cadre de sélection. Après avoir finalisé le cadre de sélection, utilisez le script MATLAB approprié pour déterminer V50, V60, V70, V80 et V90 dans les isocentres et les dimensions de la mâchoire pour chaque faisceau nécessaire pour guider le collimateur variable motorisé. Pour délivrer une dose prescrite de 2 000 centigranes répartie sur 16 faisceaux pour V50 et une dose de 800 centigranes répartie sur 40 faisceaux pour V60 à V90, sélectionnez le fichier de sortie généré par le script MATLAB et importez les 56 faisceaux dans le logiciel de planification du traitement.Après avoir vérifié que les 56 faisceaux ont été importés correctement, calculez la distribution de la dose au sein de l’animal et les paramètres de livraison du faisceau. Les deux méthodes de radiothérapie par peinture à dose basée sur la TEP ont été appliquées à trois cas différents. Le premier cas a une absorption homogène sphérique de PET tandis que les cas deux et trois ont une absorption en forme d’anneau où l’absorption réduite de PET est très probablement du tissu nécrotique.Les histogrammes de volume de dose pour la méthode deux sont systématiquement plus proches de la distribution de dose idéale que ceux de la méthode un. Un volume tumoral important reçoit une irradiation insuffisante dans les cas deux et trois lorsqu’il est traité avec la méthode un. Les valeurs D90 et D50 sont considérablement plus faibles pour la méthode un que pour la méthode deux.Idéalement, les histogrammes de volume Q font une forte baisse à une valeur Q égale à un. La deuxième méthode aboutit toujours à des distributions de dose plus proches de l’objectif de dose que la méthode un. De plus, les facteurs Q globaux de la méthode deux étaient supérieurs à ceux de la première méthode.Cette méthodologie est une étape cruciale vers la planification inverse qui est généralement utilisée dans la routine clinique et réduit davantage l’écart entre la recherche préclinique sur les rayonnements et la clinique.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

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

Avancée Modèle animal de colorectal métastatique du foie: Techniques d&#39;imagerie et propriétés des métastatiques Clones

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

Recherche

Recherche en cancérologie

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

TEP et IRM guidé l’Irradiation d’un modèle de Rat de glioblastome en utilisant un Micro-irradiateur

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

Un modèle murin de nerf sciatique In Vivo 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

L’Application clinique de la tumeur, traitement de thérapie de champs dans le glioblastome

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

Étudier les effets normaux du rayonnement tissulaire à l'aide d'hydrogels de matrice extracellulaire

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

Mesure spécifique au cycle cellulaire de h2AX et d'apoptose après stress génotoxique par cytométrie de flux

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

Gestion des artefacts de mouvement respiratoire dans 18tomographie par émission de positron de F-fluorodeoxyglucose à l’aide d’un algorithme optimal de gating respiratoire basé sur l’amplitude

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

Étudier le cancer du sein triple négatif à l’aide d’un modèle orthotopique de cancer du sein

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

Un modèle sphéroïde 3D pour le Glioblastome

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

Algorithmes d’apprentissage automatique pour la détection précoce des métastases osseuses dans un modèle de rat expérimental

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