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

Forfatterne vil takke Lux Luka Foundation for å støtte dette arbeidet.

Studien ble godkjent av den lokale etikkkomiteen for dyreforsøk (ECD 18/21). Anestesiovervåking utføres ved å skaffe seg luftveiene til dyrene ved hjelp av en sensor.
1. F98 GB rottecellemodell
<ol><li>Kultur F98 GB cellene i en monolayer ved hjelp av Dulbecco's Modified Eagle Medium, supplert med 10% kalv serum, 1% penicillin, 1% streptomycin, og 1% L-glutamin, og plassere dem i en CO2 inkubator (5% CO2 og 37 °C).</li>
	<li>Inokuler gliomacellene i hjernen til kv...

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

En rotte GB modell for å etterligne kjemo-stråling behandling i klinikken for glioblastom pasienter ble tidligere beskrevet20. I likhet med den kliniske metoden ble CT og MR kombinert under behandlingsplanleggingsprosessen for å oppnå mer presis bestråling. En multimodalitetsseng for å minimere (hode) bevegelse ble brukt da dyret ble flyttet fra ett bildesystem til et annet. Deretter ble PET-avbildning lagt til behandlingsprosessen, og PET-basert undervolumøkning kunne implementeres <sup cl...

Glioblastom (GB) er en ondartet og svært aggressiv primær hjernesvulst. GB er en solid heterogen svulst som vanligvis er preget av infiltratære grenser, kjernefysisk atypia og nekrose1. Tilstedeværelsen av blod-hjerne-barrieren og hjernens status som et immunprivilegert sted gjør oppdagelsen av nye mål for kjemo- og immunterapi til en skremmende oppgave2,3,4. Det er bemerkelsesverdig at behandlingen av GB-pasienter knapt har endret seg siden introduksjonen, i 2005, av Stupp-protokollen som kombinerer ekstern strålestrålebehandling (RT) med samtidig temozolomid, vanligvis etterfulgt av adjuvant temozolomide5. Vanligvis er Stupp-protokollen innledet med maksimal kirurgisk reseksjon. Derfor er alternative behandlingsmetoder av avgjørende betydning.
Gjeldende strålebehandling for glioblastompasienter gir en jevn strålingsdose til det definerte tumorvolumet. I stråling onkologi er det en viktig dose-respons korrelasjon for glioblastom med økende dose, som synes å cap rundt 60 Gy, på grunn av økt toksisitet til den normale hjernen6,7. Svulster kan imidlertid være svært (radiobiologisk) heterogene, med gradienter av oksygennivå og / eller store forskjeller i cellulær tetthet. Metabolske avbildningsteknikker, som PET, kan visualisere disse biologiske egenskapene og kan brukes til å tilpasse doseresepten. Denne tilnærmingen er kjent som dosemaling RT. Dette begrepet ble introdusert av Ling et al. i 2000. Forfatterne definerte dosemaling RT som å produsere "utsøkt konforme dosefordelinger innenfor begrensningene av strålingsforplantning og spredning"8.
Det er to typer dosemaling RT, dosemaling etter konturer (DPBC), hvorved en dose er foreskrevet til et sett med nestede undervolumer, og dosemaling etter tall (DPBN), hvorved en dose foreskrives på voxelnivå. Dosefordelingen for DPBN RT kan trekkes ut fra funksjonelle bilder. Dosen i hver voxel bestemmes av intensiteten I av den tilsvarende voxelen i bildet, med en nedre og øvre grense, for å sikre at en tilstrekkelig dose på den ene siden leveres til hver del av svulsten. På den annen side overstiger doser ikke en øvre grense for å beskytte organer i fare og unngå toksisitet. Den enkleste metoden er en lineær interpolering (se Eq. 1) mellom minimumsdose Dmin og maksimal dose Dmax, proporsjonalt varierende mellom minimum intensitet Imax og maksimal intensitet innenfor målvolumet9,10
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62560/62560eq01.jpg">Eq. 1
Fordi det er en viss skepsis til kvalitetssikringen av DPBN RT, bør avsetningen av dosen verifiseres gjennom preklinisk og klinisk forskning10. Imidlertid kan bare begrensede data innhentes fra kliniske studier, og det har blitt hypoteset at mer innsikt kan oppnås ved nedskalering til laboratoriedyr11,12. Derfor er prekliniske studier som bruker presisjonsbildestyrte strålingsforskningsplattformer som tillater kobling med noen svært spesifikke teknikker, for eksempel autoradiografi, egnet for å undersøke åpne problemer og bane vei mot personlig medisin og nye behandlingsstrategier, for eksempel dosemaling RT13,14. Tolkningen av prekliniske data må imidlertid utføres med forsiktighet, og ulemper ved disse prekliniske oppsettene må vurderes som14.
Mikrobestrålingssystemer, som Small Animal Radiation Research Platform (SARRP), er utstyrt med lignende teknologier som deres kliniske motpart. De inkluderer innebygd kjeglestråle CT (CBCT) avbildning, et preklinisk behandlingsplanleggingssystem (PCTPS), og gir under millimeter presisjon. Kliniske doseberegninger utføres ved omvendt behandlingsplanlegging, hvorved man initierer fra ønsket dosefordeling for å bestemme bjelkene via en iterativ algoritme. Prekliniske bestrålere bruker ofte planlegging fremover. I planlegging fremover velges den nødvendige mengden og vinkelen på bjelkene, og PCTPS beregner deretter dosefordelingen. Optimaliseringen av planene utføres ved manuell gjentakelse, som er arbeidsintensiv15.
Etter 2009 har en ny utvikling gjort gjennomføringen av omvendt planlegging på disse forskningsplattformene mulig16,17,18. For å øke likheten med den kliniske metoden ble en motorisert variabel rektangulær collimator (MVC) utviklet som en preklinisk motstykke til multibladkollimatøren. En todimensjonal dosemalingsmetode ved hjelp av en variabel kolimatør ble publisert av Cho et al.19. Denne forskningsgruppen implementerte en tredimensjonal (3D) omvendt behandlingsplanleggingsprotokoll på en mikro-bestråler og bestemte minimums- og maksimumsdoser for målvolumet og en maksimal dose for organene i fare. Disse teknikkene har hovedsakelig blitt evaluert i silico, og deres prekliniske applikasjoner må utforskes.
Denne artikkelen presenterer en i silicostudie for å sammenligne to metoder for [18F]-fluor-etyl-L-tyrosin ([18F]FET) PET-basert dosemaleri i en GB rottemodell20,21,22 ved hjelp av en liten forskningsplattform for dyrestråling. Disse to metodene er (1) undervolumforsterking ved hjelp av forhåndsdefinerte strålestørrelser og (2) dosemaling ved hjelp av en motorisert variabel collimator der kjevedimensjoner endres basert på PET-traceropptaket i tumorvolumet. [18F] FET er en PET-tracer som ofte brukes i nevro-onkologi på grunn av sin evne til å oppdage hjernesvulster23. [18F] FET er en kunstig aminosyre som internaliseres i tumorceller, men ikke innlemmet i celleproteiner. [18F] FET-opptak tilsvarer celleproliferasjonshastighet, tumorcelletetthet og angiogenese24. Siden dette er den mest brukte onkologiske hjernen PET tracer i disse forfatternes institutt, ble denne radiotraceren valgt for å evaluere den nye arbeidsflyten.

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

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

En rotte glioblastom modell for å etterligne kjemo-stråling behandling av menneskelig glioblastom i klinikken ble tidligere etablert. I likhet med den kliniske behandlingen ble beregnet tomografi (CT) og magnetisk resonansavbildning (MR) kombinert under behandlingsplanleggingsprosessen. Positron utslipp tomografi (PET) avbildning ble senere lagt til for å implementere sub-volum boosting ved hjelp av et mikro-bestråling system. Men å kombinere tre avbildningsmodaliteter (CT, MR og PET) ved hjelp av et mikrobestrålingssystem viste seg å være arbeidskrevende fordi multimodal avbildning, behandlingsplanlegging og doselevering må fullføres sekvensielt i den prekliniske innstillingen. Dette resulterer også i en arbeidsflyt som er mer utsatt for menneskelig feil. Derfor ble det implementert en brukervennlig algoritme for å optimalisere preklinisk multimodal bildebehandlingsbasert strålebehandlingsplanlegging ytterligere. Dette programvareverktøyet ble brukt til å evaluere nøyaktigheten og effektiviteten av dosemalingsstrålebehandling med mikrobestråling ved hjelp av en i silico studiedesign. Den nye metodikken for dosemalingsstrålebehandling er bedre enn den tidligere beskrevne metoden når det gjelder nøyaktighet, tidseffektivitet og intra- og brukervariabilitet. Det er også et viktig skritt mot implementering av omvendt behandlingsplanlegging på mikro-bestrålere, hvor planlegging fremover fortsatt er vanlig brukt, i motsetning til kliniske systemer.

Muligheten for PET- og MR-guidet bestråling i en glioblastomrottemodell ved hjelp av SARRP for å etterligne den menneskelige behandlingsstrategien har tidligere blitt beskrevet20,21,22. Mens dyret ble festet på en multimodalitetsseng laget internt, var det mulig å lage en akseptabel strålebehandlingsplan som kombinerer tre bildemodaliteter: PET, MR og CT. I disse metodene ble en ekstern programvarepakke (se material...

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

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

Her presenterer vi en protokoll for å utføre preklinisk positronutslippstolografibasert strålebehandling i en rotte glioblastommodell ved hjelp av algoritmer utviklet internt for å optimalisere nøyaktigheten og effektiviteten.

Positron Emission Tomography-basert dosemalingsstrålebehandling i en Glioblastoma Rat-modell ved hjelp av Small Animal Radiation Research Platform

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

Protokollen beskriver en optimalisert arbeidsflyt for preklinisk PET-basert strålebehandling i en rotte glioblastommodell ved hjelp av interne utviklede algoritmer. Den optimaliserte tilnærmingen favoriserer automatisering og er mindre tidkrevende sammenlignet med den tidligere utviklede arbeidsflyten. Etter bedøvelse av en F98 glioblastom rotte som huser en syv til åtte millimeter diameter svulst, injisere 10 til 12 megabecquerel av fluor-18 FET oppløst i 200 mikroliter saltvann i lateral hale vene en time før PET oppkjøp.La dyret gjenvinne bevisstheten mens sporstoffet blir fordelt over hele kroppen. I mellomtiden kan du fikse en kapillær fylt med MR PET-agenten for enklere samregistrering. Bedøv deretter dyret igjen og legg det på en multi-modalitet seng.Sikre dyret ved hjelp av krok- og sløyfefester for å opprettholde en fast posisjon under avbildning og mikrobestråling, og pakk deretter dyret i bobleplast for å bevare kroppstemperaturen under multimodalitetsavbildningen og terapien. En time etter injeksjonen av PET-traceren, utfør en PET-skanning. Rekonstruer PET-skanningen til et 3D-volum med en 0,4 millimeter voxel-størrelse ved hjelp av 30 gjentakelser av maksimaliseringsalgoritmen for maksimal sannsynlighet.Deretter injiserer du et MR-kontrastmiddel i halevenen, og plasserer deretter rotten fortsatt festet på multimodalitetssengen i dyreholderen på MR-skanneren. Utfør en lokaliseringsskanning etterfulgt av en kontrastforbedret T1-vektet spinn-ekkosekvens. Plasser deretter dyret fortsatt festet på multimodalitetssengen på en plastholder festet på det fireaksede robotposisjoneringsbordet på mikrobestråleren.Utfør en høyoppløselig behandlingsplanlegging kjeglestråle CT som krever totalt 360 projeksjoner over 360 grader. Rekonstruer CT-bildene med en isotropisk voxelstørrelse på 0,275 millimeter. For samtidig registrering av bilder plasserer du de tre bildemodalitetene i én mappe, og deretter importerer du de konverterte bildene til MATLAB.Deretter kjører du dosemalingskollegnings-MATLAB-skriptet som konverterer DICOM-bildene til NIfTI-formatet, filtrerer PET-bildet med et halvt bredde halvt maks Gaussian-filter med full bredde, beskjærer PET-bildet og flytter bildesentrene nær hverandre og utfører den faktiske stive kroppskoregistreringen ved hjelp av statistisk parametrisk kartlegging. Evaluer resultatet av den automatiske samtidig registreringen før du går videre til behandlingsplanlegging. Hvis du vil bruke metode én, kjører du dosemalingsstrålingsplanleggingen MATLAB-skriptet og laster de tre forskjellige bildemodalitetene inn i MATLAB-appen.Deretter plasserer du en sjenerøs markeringsramme rundt kontrastforbedringen på den tverrgående, sagittale og fremadrettede MR-skanningen. Lagre plasseringen av markeringsrammen, og fullfør deretter boksen. Bestem det kontrastforbedret volumet ved hjelp av en terskelverdi.Hvis flere regioner er valgt, velg bare det største volumet, hvis senter anses som det første isosenteret som leverer en foreskrevet dose for strålebehandling. Utvid den tidligere bestemte MR-kontrastforbedringen med 10 piksler i hver retning. Hvis flere regioner oppdages, beholder du bare det største PET-volumet, hvis senter regnes som det andre isosenteret for å levere en foreskrevet dose for strålebehandling.For det første isosenteret, lever en foreskrevet dose på 2000 centigray ved hjelp av tre ikke-coplanar buer ved sofaposisjoner null, negativ 45 og negativ 90 grader med en gantry rotasjon på henholdsvis 120, 120 og 60 grader. Bruk en fast kollokviestørrelse på 10 x 10 millimeter. Men for mindre svulster, bruk en passende størrelse som fem med fem millimeter.For det andre isosenteret, lever en foreskrevet dose på 800 centigray ved hjelp av tre ikke-coplanar buer i sofaen posisjoner null, negativ 45 og negativ 90 grader med en gantry rotasjon på henholdsvis 120, 120 og 60 grader. Bruk en fast collimatorstørrelse på en millimeter. Beregn dosefordelingen i dyret og bjelkeleveringsparametrene.For å bruke metode to, last de tre forskjellige bildemodalitetene inn i MATLAB-appen som vist tidligere, plasser deretter en sjenerøs markeringsramme rundt kontrastforbedringen på tverrgående, sagittale og frontale visninger av fluor-18 FET PET-bildet og lagre plasseringene til markeringsrammen. Når du har ferdigstilt markeringsrammen, bruker du riktig MATLAB-skript til å bestemme V50, V60, V70, V80 og V90 i isosentrene og kjevedimensjonene for hver stråle som kreves for å lede den motoriserte variabelkollimatoren. For å levere en foreskrevet dose på 2000 centigray fordelt over 16 bjelker for V50 og en dose på 800 centigray fordelt over 40 bjelker for V60 til V90, velg utdatafilen generert av MATLAB-skriptet og importer 56 bjelker inn i programvare for behandlingsplanlegging.Etter å ha bekreftet at alle de 56 bjelkene er importert riktig, beregner du dosefordelingen i dyret og bjelkeleveringsparametrene. Begge metodene for PET-basert dosemalingsstrålebehandling ble brukt på tre forskjellige tilfeller. Case one har et sfærisk homogent PET-opptak, mens tilfeller to og tre har et ringformet opptak der det reduserte PET-opptaket mest sannsynlig er nekrotisk vev.Dosevolumet histogrammer for metode to er systematisk nærmere den ideelle dosefordelingen enn for metode én. Et betydelig tumorvolum får utilstrekkelig bestråling i tilfelle to og tre når det behandles med metode en. D90- og D50-verdiene er betydelig lavere for metode én enn for metode to.Ideelt sett gjør Q-volum histogrammer et kraftig fall med en Q-verdi lik en. Metode to resulterer alltid i dosefordelinger som er nærmere dosemålet enn metode én. Videre var de samlede Q-faktorene for metode to bedre enn for metode én.Denne metodikken er et avgjørende skritt mot omvendt planlegging som generelt brukes i klinisk rutine og ytterligere begrenser gapet mellom preklinisk strålingsforskning og klinikken.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

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

Avansert dyremodell av tykktarmsmetastaser i leveren: Imaging teknikker og egenskaper av metastatisk 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 og MRI guidet bestråling av en Glioblastoma rotte modell med en mikro-irradiator

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

An In Vivo Murine Sciatic Nerve Model of Perineural Invasion

An In Vivo Murine Sciatic Nerve Model of Perineural Invasion

En i Vivo Murine Sciatic Nerve modell Perineural invasjon

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

Klinisk anvendelse av svulst behandling av feltene terapi i glioblastom

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

Studying Normal Tissue Radiation Effects using Extracellular Matrix Hydrogels

Studere normal tissue stråling virkninger benytter ekstracellulære matrise Hydrogeler

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

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

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

Celle syklus-spesifikk måling av γH2AX og apoptose etter gentoksisk stress av Flow flowcytometri

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

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

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

Håndtering av respirasjonsbevegelsesartefakter i 18F-fluorodeoksyglucose Positron Emission Tomografi ved hjelp av en amplitudebasert optimal respiratorisk gatingalgoritme

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

Studying Triple Negative Breast Cancer Using Orthotopic Breast Cancer Model

Studere trippel negativ brystkreft ved hjelp ortotopisk brystkreft modell

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

A 3D Spheroid Model for Glioblastoma

En 3D Spheroid modell for Glioblastoma

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

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

Maskinlæringsalgoritmer for tidlig påvisning av beinmetastaser i en eksperimentell rottemodell

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