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

Gli autori desiderano ringraziare la Lux Luka Foundation per aver sostenuto questo lavoro.

Lo studio è stato approvato dal comitato etico locale per gli esperimenti sugli animali (ECD 18/21). Il monitoraggio dell'anestesia viene eseguito acquisendo la frequenza respiratoria degli animali utilizzando un sensore.
1. Modello di cella di ratto F98 GB
<ol><li>Coltivare le cellule F98 GB in un monostrato utilizzando il Modified Eagle Medium di Dulbecco, integrato con il 10% di siero di vitello, l'1% di penicillina, l'1% di streptomicina e l'1% di L-glutammina, e metterle in un incubat...

<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. 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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 modello gb di ratto per imitare il trattamento chemioterapico-radioterapico nella clinica per i pazienti con glioblastoma è stato precedentemente descritto20. Analogamente al metodo clinico, la TC e la risonanza magnetica sono state combinate durante il processo di pianificazione del trattamento per ottenere un'irradiazione più precisa. Un letto multimodale per ridurre al minimo il movimento (della testa) è stato utilizzato quando l'animale è stato spostato da un sistema di imaging a un alt...

Il glioblastoma (GB) è un tumore cerebrale primario maligno e molto aggressivo. GB è un tumore eterogeneo solido tipicamente caratterizzato da confini infiltrativi, atipia nucleare e necrosi1. La presenza della barriera emato-encefalica e lo status del cervello come sito immuno-privilegiato rende la scoperta di nuovi bersagli per la chemio- e l'immunoterapia un compito scoraggiante2,3,4. È interessante notare che il trattamento dei pazienti con GB è cambiato a malapena dall'introduzione, nel 2005, del protocollo Stupp che combina la radioterapia a fascio esterno (RT) con temozolomide concomitante, di solito seguita da temozolomide adiuvante5. Tipicamente, il protocollo Stupp è preceduto dalla massima resezione chirurgica. Pertanto, gli approcci terapeutici alternativi sono di fondamentale importanza.
L'attuale radioterapia per i pazienti con glioblastoma fornisce una dose di radiazioni uniforme al volume tumorale definito. In radioterapia oncologica, esiste un'importante correlazione dose-risposta per il glioblastoma con dose crescente, che sembra limitarsi a circa 60 Gy, a causa dell'aumentata tossicità per il cervello normale6,7. Tuttavia, i tumori possono essere molto (radiobiologicamente) eterogenei, con gradienti di livello di ossigeno e / o grandi differenze nella densità cellulare. Le tecniche di imaging metabolico, come la PET, possono visualizzare queste caratteristiche biologiche e possono essere utilizzate per personalizzare la prescrizione della dose. Questo approccio è noto come dose painting RT. Questo termine è stato introdotto da Ling et al. nel 2000. Gli autori hanno definito la pittura di dose RT come la produzione di "distribuzioni di dose squisitamente conformi entro i vincoli della propagazione e della dispersione delle radiazioni"8.
Esistono due tipi di pittura a dose RT, la pittura a dose per contorni (DPBC), con la quale viene prescritta una dose a una serie di sottovolumi nidificati, e la pittura a dose per numeri (DPBN), per cui viene prescritta una dose a livello di voxel. La distribuzione della dose per DPBN RT può essere estratta da immagini funzionali. La dose in ogni voxel è determinata dall'intensità I del voxel corrispondente nell'immagine, con un limite inferiore e superiore, per assicurarsi che, da un lato, venga erogata una dose sufficiente ad ogni parte del tumore. D'altra parte, le dosi non superano un limite superiore per proteggere gli organi a rischio ed evitare la tossicità. Il metodo più semplice è un'interpolazione lineare (vedi Eq. 1) tra la dose minima Dmin e la dose massima Dmax, che varia proporzionalmente tra intensità minima Imax e intensità massima all'interno del volume target9,10
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62560/62560eq01.jpg">Eq. 1
Poiché vi è un certo scetticismo sulla garanzia della qualità di DPBN RT, la deposizione della dose deve essere verificata attraverso la ricerca preclinica e clinica10. Tuttavia, solo dati limitati possono essere acquisiti da studi clinici, ed è stato ipotizzato che si possano ottenere maggiori informazioni mediante il downscaling agli animali da laboratorio11,12. Quindi, gli studi preclinici che utilizzano piattaforme di ricerca sulle radiazioni guidate da immagini di precisione che consentono l'accoppiamento con alcune tecniche molto specifiche, come l'autoradiografia, sono adatti per esaminare questioni aperte e aprire la strada verso la medicina personalizzata e nuove strategie di trattamento, come la pittura della dose RT13,14. Tuttavia, l'interpretazione dei dati preclinici deve essere eseguita con cautela e devono essere considerati gli svantaggi di queste configurazioni precliniche14.
I sistemi di microirraggiamento, come la Small Animal Radiation Research Platform (SARRP), sono dotati di tecnologie simili a quelle della loro controparte clinica. Includono l'imaging CBCT (Cone-beam CT) a bordo, un sistema di pianificazione del trattamento preclinico (PCTPS) e forniscono una precisione sub-millimetrica. I calcoli della dose clinica vengono eseguiti mediante pianificazione inversa del trattamento, in cui si inizia dalla distribuzione della dose desiderata per determinare i fasci tramite un algoritmo iterativo. Gli irradiatori preclinici utilizzano spesso la pianificazione anticipata. Nella pianificazione futura, vengono selezionati la quantità e l'angolo richiesti delle travi e il PCTPS calcola quindi la distribuzione della dose. L'ottimizzazione dei piani viene eseguita mediante iterazione manuale, che richiede molta manodopera15.
Dopo il 2009, nuovi sviluppi hanno reso possibile l'implementazione della pianificazione inversa su queste piattaforme di ricerca16,17,18. Per aumentare la somiglianza con il metodo clinico, è stato sviluppato un collimatore rettangolare variabile motorizzato (MVC) come controparte preclinica del collimatore multi-foglia. Un metodo di pittura a dose bidimensionale che utilizza un collimatore variabile è stato pubblicato da Cho et al.19. Questo gruppo di ricerca ha implementato un protocollo tridimensionale (3D) di pianificazione del trattamento inverso su un microirraggiatore e ha determinato dosi minime e massime per il volume target e una dose massima per gli organi a rischio. Queste tecniche sono state valutate principalmente in silico e le loro applicazioni precliniche devono essere esplorate.
Questo documento presenta uno studio in silico per confrontare due metodologie per la verniciatura a base di PET [18F]-fluoro-etil-L-tirosina ([18F]FET) in un modello di ratto GB20,21,22 utilizzando una piattaforma di ricerca sulle radiazioni di piccoli animali. Queste due metodologie sono (1) l'aumento del sottovolume utilizzando dimensioni del fascio predefinite e (2) la verniciatura della dose utilizzando un collimatore variabile motorizzato in cui le dimensioni della mascella vengono modificate in base all'assorbimento del tracciante PET nel volume tumorale. [18F] FET è un tracciante PET spesso utilizzato in neuro-oncologia a causa della sua capacità di rilevare tumori cerebrali23. [18F] FET è un amminoacido artificiale che viene internalizzato nelle cellule tumorali ma non incorporato nelle proteine cellulari. [18F] L'assorbimento del FET corrisponde al tasso di proliferazione cellulare, alla densità delle cellule tumorali e all'angiogenesi24. Poiché questo è il tracciante PET cerebrale oncologico più comunemente usato nell'istituto di questi autori, questo radiotracciante è stato scelto per valutare il nuovo flusso di lavoro.

<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

In precedenza è stato stabilito un modello di glioblastoma di ratto per imitare il trattamento con radiazioni chemio del glioblastoma umano nella clinica. Analogamente al trattamento clinico, la tomografia computerizzata (TC) e la risonanza magnetica (MRI) sono state combinate durante il processo di pianificazione del trattamento. L'imaging della tomografia ad emissione di positroni (PET) è stato successivamente aggiunto per implementare l'aumento del sottovolume utilizzando un sistema di microirraggiamento. Tuttavia, la combinazione di tre modalità di imaging (TC, RISONANZA MAGNETICA e PET) utilizzando un sistema di microirraggiamento si è rivelata laboriosa perché l'imaging multimodale, la pianificazione del trattamento e la somministrazione della dose devono essere completati sequenzialmente in ambito preclinico. Ciò si traduce anche in un flusso di lavoro più soggetto a errori umani. Pertanto, è stato implementato un algoritmo di facile utilizzo per ottimizzare ulteriormente la pianificazione del trattamento con radiazioni preclinico multimodale basato sull'imaging. Questo strumento software è stato utilizzato per valutare l'accuratezza e l'efficienza della radioterapia con verniciatura a dose con micro-irradiazione utilizzando un progetto di studio in silico . La nuova metodologia per la radioterapia con verniciatura a dose è superiore al metodo precedentemente descritto in termini di accuratezza, efficienza temporale e variabilità intra e interutente. È anche un passo importante verso l'implementazione della pianificazione del trattamento inverso sui microirraggiatori, dove la pianificazione anticipata è ancora comunemente utilizzata, in contrasto con i sistemi clinici.

La fattibilità dell'irradiazione guidata da PET e RISONANZA MAGNETICA in un modello di ratto glioblastoma che utilizza il SARRP per imitare la strategia di trattamento umano è stata precedentemente descritta20,21,22. Mentre l'animale è stato fissato su un letto multimodale realizzato internamente, è stato possibile creare un piano di trattamento con radiazioni accettabile combinando tre modalità di imaging: PET, RISONANZA M...

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

Qui presentiamo un protocollo per eseguire la radioterapia preclinica basata sulla tomografia ad emissione di positroni in un modello di glioblastoma di ratto utilizzando algoritmi sviluppati internamente per ottimizzare l'accuratezza e l'efficienza.

Radioterapia con pittura a dose basata sulla tomografia a emissione di positroni in un modello di ratto glioblastoma utilizzando la piattaforma di ricerca sulle radiazioni dei piccoli animali

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

Il protocollo descrive un flusso di lavoro ottimizzato per la radioterapia preclinica basata su PET in un modello di glioblastoma di ratto utilizzando algoritmi sviluppati internamente. L'approccio ottimizzato favorisce l'automazione e richiede meno tempo rispetto al flusso di lavoro sviluppato in precedenza. Dopo aver anestetizzato un ratto glioblastoma F98 che ospita un tumore da sette a otto millimetri di diametro, iniettare da 10 a 12 megabecquerel di fluoro-18 FET disciolto in 200 microlitri di soluzione salina nella vena laterale della coda un'ora prima dell'acquisizione del PET.Lascia che l'animale riprenda conoscenza mentre il tracciante viene distribuito in tutto il corpo. Nel frattempo, fissare un capillare riempito con l'agente PET MRI per una più facile co-registrazione. Quindi anestetizzare nuovamente l'animale e posizionarlo su un letto multimodale.Fissare l'animale utilizzando elementi di fissaggio a strappo per mantenere una posizione fissa durante l'imaging e la microirraggiamento, quindi avvolgere l'animale in un pluriball per preservare la sua temperatura corporea durante l'imaging e la terapia multimodali. Un'ora dopo l'iniezione del tracciante PET, eseguire una scansione PET. Ricostruisci la scansione PET in un volume 3D con una dimensione voxel di 0,4 millimetri utilizzando 30 iterazioni dell'algoritmo di massimizzazione dell'aspettativa di massima probabilità.Quindi, iniettare un mezzo di contrasto MRI nella vena della coda, quindi posizionare il ratto ancora fissato sul letto multimodale nel supporto animale dello scanner MRI. Eseguire una scansione del localizzatore seguita da una sequenza di eco di spin ponderato T1 con contrasto migliorato. Quindi posizionare l'animale ancora fissato sul letto multimodale su un supporto di plastica fissato sul tavolo di posizionamento robotico a quattro assi sul microirraggiatore.Eseguire un trattamento ad alta risoluzione pianificando la TC del fascio conico richiedendo un totale di proiezioni a 360 gradi su 360 gradi. Ricostruire le immagini TC con una dimensione voxel isotropa di 0,275 millimetri. Per la co-registrazione delle immagini, posiziona le tre modalità di immagine in un'unica cartella, quindi importa le immagini convertite in MATLAB.Successivamente, eseguire lo script MATLAB di co-registrazione del pittura della dose che converte le immagini DICOM nel formato NIfTI, filtra l'immagine PET con un filtro gaussiano half max a larghezza intera di un millimetro, ritaglia l'immagine PET e sposta i centri immagine l'uno vicino all'altro ed esegue la co-registrazione effettiva del corpo rigido utilizzando la mappatura parametrica statistica. Valutare il risultato della co-registrazione automatica prima di procedere alla pianificazione del trattamento. Per applicare il metodo uno, esegui lo script MATLAB per la pianificazione delle radiazioni di pittura della dose e carica le tre diverse modalità di imaging nell'app MATLAB.Quindi, posizionare un generoso riquadro di delimitazione attorno al miglioramento del contrasto sulle viste trasversali, sagittali e frontali della risonanza magnetica ponderata T1. Salvare la posizione del rettangolo di selezione, quindi finalizzarlo. Determinare il volume con contrasto migliorato utilizzando una soglia.Se sono state selezionate più regioni, selezionare solo il volume più grande, il cui centro è considerato il primo isocentro a fornire una dose prescritta per la radioterapia. Espandere il miglioramento del contrasto MRI determinato in precedenza di 10 pixel in ciascuna direzione. Se vengono rilevate più regioni, mantenere solo il più grande volume di PET, il cui centro è considerato il secondo isocentro a fornire una dose prescritta per la radioterapia.Per il primo isocentro, somministrare una dose prescritta di 2.000 centigrani utilizzando tre archi non complanari nelle posizioni del divano zero, negativo 45 e negativo 90 gradi con una rotazione del portale di 120, 120 e 60 gradi rispettivamente. Utilizzare una dimensione del collimatore fisso di 10 per 10 millimetri. Tuttavia, per i tumori più piccoli, utilizzare una dimensione appropriata come cinque per cinque millimetri.Per il secondo isocentro, somministrare una dose prescritta di 800 centigrani utilizzando tre archi non complanari nelle posizioni del divano zero, negativo 45 e negativo di 90 gradi con una rotazione del portale di 120, 120 e 60 gradi rispettivamente. Utilizzare una dimensione del collimatore fissa di un millimetro. Calcolare la distribuzione della dose all'interno dell'animale e i parametri di consegna del fascio.Per applicare il metodo due, carica le tre diverse modalità di imaging nell'app MATLAB come dimostrato in precedenza, quindi posiziona un generoso riquadro di delimitazione attorno al miglioramento del contrasto sulle viste trasversali, sagittali e frontali dell'immagine PET FET fluoro-18 e salva le posizioni del riquadro di delimitazione. Dopo aver finalizzato il riquadro di delimitazione, utilizza lo script MATLAB appropriato per determinare V50, V60, V70, V80 e V90 negli isocentri e le dimensioni della mascella per ciascun raggio necessario per guidare il collimatore variabile motorizzato. Per erogare una dose prescritta di 2.000 centigray distribuiti su 16 fasci per V50 e una dose di 800 centigray distribuiti su 40 fasci da V60 a V90, selezionare il file di output generato dallo script MATLAB e importare i 56 fasci nel software di pianificazione del trattamento.Dopo aver verificato che tutti i 56 fasci siano stati importati correttamente, calcolare la distribuzione della dose all'interno dell'animale e i parametri di consegna del fascio. Entrambi i metodi di radioterapia con verniciatura a dose basata su PET sono stati applicati a tre diversi casi. Il caso uno ha un assorbimento sferico omogeneo del PET mentre i casi due e tre hanno un assorbimento a forma di anello in cui l'assorbimento ridotto del PET è molto probabilmente tessuto necrotico.Gli istogrammi del volume della dose per il metodo due sono sistematicamente più vicini alla distribuzione ideale della dose rispetto a quelli per il metodo uno. Un volume sostanziale del tumore riceve un'irradiazione insufficiente nei casi due e tre se trattato con il metodo uno. I valori D90 e D50 sono notevolmente inferiori per il metodo uno rispetto al metodo due.Idealmente, gli istogrammi del volume Q fanno un forte calo a un valore Q uguale a uno. Il metodo due determina sempre distribuzioni della dose più vicine all'obiettivo della dose rispetto al metodo uno. Inoltre, i fattori Q complessivi per il metodo due erano superiori a quelli per il metodo uno.Questa metodologia è un passo cruciale verso la pianificazione inversa che viene generalmente utilizzata nella routine clinica e riduce ulteriormente il divario tra la ricerca preclinica sulle radiazioni e la clinica.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

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

Avanzato modello animale di colorettale Metastasi nel fegato: tecniche di imaging e di proprietà di metastatici cloni

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

Ricerca

Ricerca sul cancro

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

PET e MRI guidate irradiazione di un modello del ratto di Glioblastoma utilizzando un Micro-irradiatore

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 modello In Vivo murino nervo sciatico di invasione perineurale

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'applicazione clinica del tumore trattamento della terapia di campi nel 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

Studiare i normali effetti di radiazione dei tessuti utilizzando idrogel a matrice extracellulare

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

Misurazione specifica del ciclo cellulare di zH2AX e Apoptosis Dopo lo stress genotossico da citometria di flusso

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

Gestione di manufatti a movimento respiratorio in tomografiaad emissione di positroni F-fluorodeossiglucosio utilizzando un algoritmo di gating respiratorio ottimale basato sull'ampiezza

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

Studiare il cancro al seno triplo negativo utilizzando il modello di cancro al seno ortotopico

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 modello spheroid 3D per 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

Algoritmi di apprendimento automatico per il rilevamento precoce delle metastasi ossee in un modello di ratto sperimentale

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