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

Авторы хотели бы поблагодарить Фонд Lux Luka за поддержку этой работы.

Исследование было одобрено местным комитетом по этике экспериментов на животных (ECD 18/21). Мониторинг анестезии осуществляется путем получения частоты дыхания животных с помощью датчика.
1. Модель крысиной ячейки F98 GB
<ol><li>Культивируйте клетки F98 GB в монослое с использова?...

<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>

Ранее была описана модель ГБ крысы для имитации химиолучевого лечения в клинике для пациентов с глиобластомой20. Подобно клиническому методу, КТ и МРТ были объединены в процессе планирования лечения для получения более точного облучения. Мультимодальная кровать для миним?...

Глиобластома (ГБ) является злокачественной и очень агрессивной первичной опухолью головного мозга. GB представляет собой твердую гетерогенную опухоль, обычно характеризующуюся инфильтративными границами, ядерной атипией и некрозом1. Наличие гематоэнцефалического барьера и статус мозга как иммунно-привилегированного сайта делает открытие новых мишеней для химио- и иммунотерапии сложной задачей2,3,4. Примечательно, что лечение пациентов с ГБ практически не изменилось с момента введения в 2005 году протокола Ступпа, который сочетает в себе внешнюю лучевую терапию (РТ) с сопутствующим темозоломидом, за которым обычно следует адъювант темозоломид5. Как правило, протоколу Ступпа предшествует максимальная хирургическая резекция. Поэтому альтернативные подходы к лечению имеют решающее значение.
Современная лучевая терапия для пациентов с глиобластомой доставляет однородную дозу облучения к определенному объему опухоли. В радиационной онкологии существует важная корреляция доза-реакция для глиобластомы с увеличением дозы, которая, по-видимому, ограничивается около 60 Гр из-за повышенной токсичности для нормального мозга6,7. Однако опухоли могут быть очень (радиобиологически) гетерогенными, с градиентами уровня кислорода и/или большими различиями в клеточной плотности. Методы метаболической визуализации, такие как ПЭТ, могут визуализировать эти биологические особенности и могут быть использованы для настройки назначения дозы. Этот подход известен как дозовая покраска RT. Этот термин был введен Ling et al. в 2000 году. Авторы определили дозовую живопись RT как производящую «изысканно конформные распределения доз в пределах ограничений распространения и рассеяния радиации»8.
Существует два типа дозовой окраски РТ, роспись дозы контурами (DPBC), с помощью которой доза назначается набору вложенных подтомов, и роспись дозы по числам (DPBN), при которой доза назначается на уровне вокселя. Распределение дозы для DPBN RT может быть извлечено из функциональных изображений. Доза в каждом вокселе определяется интенсивностью I соответствующего вокселя на изображении, с нижним и верхним пределом, чтобы убедиться, что, с одной стороны, достаточная доза доставляется в каждую часть опухоли. С другой стороны, дозы не превышают верхнего предела, чтобы защитить органы, подверженные риску, и избежать токсичности. Наиболее простым методом является линейная интерполяция (см. Экв. 1) между минимальной дозой Dmin и максимальной дозой Dmax, пропорционально варьирующаяся между минимальной интенсивностью Imax и максимальной интенсивностью в пределах целевого объема9,10
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62560/62560eq01.jpg">Экв. 1
Поскольку существует некоторый скептицизм в отношении обеспечения качества DPBN RT, осаждение дозы должно быть проверено с помощью доклинических и клинических исследований10. Тем не менее, только ограниченные данные могут быть получены из клинических испытаний, и было высказано предположение, что больше информации может быть получено путем уменьшения масштаба до лабораторных животных11,12. Следовательно, доклинические исследования с использованием прецизионных исследовательских платформ излучения с визуальным контролем, которые позволяют сочетаться с некоторыми очень специфическими методами, такими как ауторадиография, подходят для изучения открытых вопросов и прокладывания пути к персонализированной медицине и новым стратегиям лечения, таким как покраска доз RT13,14. Однако интерпретация доклинических данных должна выполняться с осторожностью, а недостатки этих доклинических установок должны быть рассмотрены14.
Системы микроизлучения, такие как Платформа радиационных исследований мелких животных (SARRP), оснащены технологиями, аналогичными их клиническому аналогу. Они включают в себя бортовую конусно-лучевую КТ (КЛКТ), доклиническую систему планирования лечения (PCTPS) и обеспечивают субмиллиметровую точность. Расчеты клинической дозы выполняются путем обратного планирования лечения, в результате чего инициируется с желаемого распределения дозы определение лучей с помощью итеративного алгоритма. Доклинические облучатели часто используют перспективное планирование. При перспективном планировании выбирается необходимое количество и угол луча, а затем PCTPS рассчитывает распределение дозы. Оптимизация планов выполняется методом ручной итерации, что является трудоемким15.
После 2009 года новые разработки сделали возможной реализацию обратного планирования на этих исследовательских платформах16,17,18. Для увеличения сходства с клиническим методом был разработан моторизованный переменный прямоугольный коллиматор (MVC) в качестве доклинического аналога многолистного коллиматора. Метод двумерной дозовой окраски с использованием переменного коллиматора был опубликован Cho et al.19. Эта исследовательская группа внедрила трехмерный (3D) обратный протокол планирования лечения на микрооблучателе и определила минимальные и максимальные дозы для целевого объема и максимальную дозу для органов риска. Эти методы в основном оценивались in silico, и их доклинические применения должны быть изучены.
В этой статье представлено исследование in silico для сравнения двух методологий для [18F]-фтор-этил-L-тирозина ([18F]FET) пэт-покраски дозы на основе ПЭТ в модели крыс GB20,21,22 с использованием платформы исследования радиации на малых животных. Этими двумя методологиями являются (1) увеличение подобъёма с использованием предопределенных размеров пучка и (2) окраска дозы с использованием моторизованного переменного коллиматора, где размеры челюсти изменяются в зависимости от поглощения ПЭТ-индикатора в объеме опухоли. [18Ф] FET является ПЭТ-индикатором, часто используемым в нейроонкологии из-за его способности обнаруживать опухоли головного мозга23. [18Ф] FET представляет собой искусственную аминокислоту, которая интернализуется в опухолевые клетки, но не включается в клеточные белки. [18Ф] Поглощение FET соответствует скорости пролиферации клеток, плотности опухолевых клеток и ангиогенезу24. Поскольку это наиболее часто используемый онкологический ПЭТ-индикатор мозга в институте этих авторов, этот радиоиндикатор был выбран для оценки нового рабочего процесса.

<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

Ранее была создана модель глиобластомы крыс для имитации химиолучевого лечения глиобластомы человека в клинике. Подобно клиническому лечению, компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) были объединены в процессе планирования лечения. Впоследствии была добавлена позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) для реализации увеличения субобъема с использованием системы микрооблучения. Тем не менее, объединение трех методов визуализации (КТ, МРТ и ПЭТ) с использованием системы микролучения оказалось трудоемким, поскольку мультимодальная визуализация, планирование лечения и доставка дозы должны быть завершены последовательно в доклинических условиях. Это также приводит к рабочему процессу, который более подвержен человеческим ошибкам. Поэтому был реализован удобный алгоритм для дальнейшей оптимизации доклинического планирования лучевой терапии на основе мультимодальной визуализации. Этот программный инструмент был использован для оценки точности и эффективности лучевой терапии с микролучением с использованием дизайна исследования in silico . Новая методология лучевой терапии дозовым окрашиванием превосходит ранее описанный метод с точки зрения точности, эффективности времени и внутри- и межпользовательской изменчивости. Это также важный шаг на пути к внедрению обратного планирования лечения на микрооблучателях, где по-прежнему широко используется перспективное планирование, в отличие от клинических систем.

Ранее была описана возможность облучения под руководством ПЭТ и МРТ на крысиной модели глиобластомы с использованием SARRP для имитации стратегии лечения человека20,21,22. В то время как животное было закреплено на мультимодальной кровати,...

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

Здесь мы представляем протокол для выполнения доклинической позитронно-эмиссионной томографии на основе лучевой терапии в модели глиобластомы крыс с использованием алгоритмов, разработанных собственными силами для оптимизации точности и эффективности.

Лучевая терапия на основе позитронно-эмиссионной томографии в модели крысы с использованием платформы радиационных исследований мелких животных

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

Протокол описывает оптимизированный рабочий процесс для доклинической лучевой терапии на основе ПЭТ в модели глиобластомы крыс с использованием собственных алгоритмов. Оптимизированный подход способствует автоматизации и занимает меньше времени по сравнению с ранее разработанным рабочим процессом. После анестезии крысы с глиобластомой F98, имеющей опухоль диаметром от семи до восьми миллиметров, вводят от 10 до 12 мегабеккереля фтора-18 FET, растворенного в 200 микролитрах физиологического раствора в боковой хвостовой вене за час до приобретения ПЭТ.Позвольте животному прийти в сознание, в то время как индикатор распределяется по всему телу. Между тем, исправьте капилляр, заполненный ПЭТ-агентом МРТ, для облегчения совместной регистрации. Затем снова обезболить животное и поместить его на многомодальную кровать.Закрепите животное с помощью крючковых и петлевых креплений для поддержания фиксированного положения во время визуализации и микрооблучения, а затем оберните животное в пузырьковую пленку, чтобы сохранить температуру его тела во время мультимодальной визуализации и терапии. Через час после инъекции ПЭТ-индикатора выполните ПЭТ-сканирование. Реконструируйте ПЭТ-сканирование в 3D-том с размером вокселя 0,4 миллиметра, используя 30 итераций алгоритма максимизации максимального ожидания вероятности.Затем введите контрастное вещество МРТ в хвостовую вену, затем поместите крысу, все еще закрепленную на многомодальной кровати в держателе МРТ-сканера для животных. Выполните сканирование локализатора с последующим усилением контрастности T1 взвешенной спиновой эхо-последовательности. Затем поместите животное, все еще закрепленное на мультимодальной кровати, на пластиковый держатель, закрепленный на четырехосевом роботизированном позиционном столе на микрооблучателе.Выполните КТ с конусным пучком с высоким разрешением, требующую в общей сложности 360 проекций на 360 градусов. Реконструируйте КТ-изображения изотропного вокселя размером 0,275 миллиметра. Для совместной регистрации изображений поместите три модальности изображений в одну папку, а затем импортируйте преобразованные изображения в MATLAB.Затем запустите скрипт совместной регистрации дозы живописи MATLAB, который преобразует изображения DICOM в формат NIfTI, фильтрует ИЗОБРАЖЕНИЕ ПЭТ с помощью одного миллиметра полной ширины половины максимального гауссовского фильтра, обрезает ИЗОБРАЖЕНИЕ ПЭТ и перемещает центры изображения близко друг к другу и выполняет фактическую совместную регистрацию твердого тела с использованием статистического параметрического отображения. Оцените результат автоматической совместной регистрации, прежде чем приступать к планированию лечения. Чтобы применить первый метод, запустите скрипт MATLAB для планирования дозирования излучения и загрузите три различных метода визуализации в приложение MATLAB.Затем поместите щедрую ограничительную рамку вокруг контрастного усиления на поперечном, сагиттальном и фронтальном видах взвешенного МРТ-сканирования Т1. Сохраните расположение ограничительной рамки, а затем завершите ее. Определите увеличенный объем контрастности с помощью порогового значения.Если было выбрано несколько областей, выберите только самый большой объем, центр которого считается первым изоцентром, доставляющим предписанную дозу для лучевой терапии. Разверните ранее определенное усиление контрастности МРТ на 10 пикселей в каждом направлении. При обнаружении нескольких областей сохраняют только наибольший объем ПЭТ, центр которого считается вторым изоцентром для доставки предписанной дозы для лучевой терапии.Для первого изоцентра доставьте предписанную дозу 2000 сантигрей, используя три некопланарные дуги в положениях дивана ноль, отрицательные 45 и отрицательные 90 градусов с поворотом портала на 120, 120 и 60 градусов соответственно. Используйте фиксированный размер коллиматора 10 на 10 миллиметров. Однако для небольших опухолей используйте соответствующий размер, например, пять на пять миллиметров.Для второго изоцентра доставьте предписанную дозу 800 сантигрей, используя три некопланарные дуги в положении дивана ноль, отрицательные 45 и отрицательные 90 градусов с вращением порта на 120, 120 и 60 градусов соответственно. Используйте фиксированный размер коллиматора в один миллиметр. Рассчитайте распределение дозы внутри животного и параметры подачи луча.Чтобы применить второй метод, загрузите три различных метода визуализации в приложение MATLAB, как показано ранее, затем поместите щедрую ограничительную рамку вокруг контрастного усиления на поперечном, сагиттальном и фронтальном видах изображения Фтора-18 FET PET и сохраните расположение ограничительной коробки. После завершения работы над ограничительной рамкой используйте соответствующий сценарий MATLAB для определения V50, V60, V70, V80 и V90 в изоцентрах и размеров челюсти для каждого луча, необходимого для направления моторизованного переменного коллиматора. Чтобы доставить предписанную дозу 2000 сантигрей, распределенных по 16 пучкам для V50, и дозу 800 сантигреев, распределенных по 40 пучкам для V60-V90, выберите выходной файл, сгенерированный скриптом MATLAB, и импортируйте 56 пучков в программное обеспечение для планирования лечения.Убедившись, что все 56 пучков были импортированы правильно, рассчитайте распределение дозы внутри животного и параметры доставки пучка. Оба метода лучевой терапии на основе ПЭТ были применены к трем различным случаям. Первый случай имеет сферическое однородное поглощение ПЭТ, в то время как второй и третий случаи имеют кольцеобразное поглощение, где уменьшенное поглощение ПЭТ, скорее всего, является некротической тканью.Объемные гистограммы дозы для второго метода систематически ближе к идеальному распределению дозы, чем для первого метода. Значительный объем опухоли получает недостаточное облучение во втором и третьем случаях при лечении методом один. Значения D90 и D50 значительно ниже для первого метода, чем для второго.В идеале объемные гистограммы Q делают резкое падение при значении Q, равном единице. Второй метод всегда приводит к распределению доз, которые ближе к целевому значению дозы, чем первый метод. Кроме того, общие Q-коэффициенты для второго метода превосходили коэффициенты для первого метода.Эта методология является важным шагом на пути к обратному планированию, которое обычно используется в клинической рутине и еще больше сокращает разрыв между доклиническими исследованиями радиации и клиникой.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

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

Расширенный животной модели колоректального метастазами в печени: Визуализация методы и свойства метастатических клонов

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

ПЭТ и МРТ руководствуясь облучения глиобластома мышиной модели с помощью микро облучатель

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

В естественных условиях мышиных седалищного нерва модель рассасывании вторжения

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

Клиническое применение лечения глиобластома поля терапии опухоли

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

Изучение нормальных эффектов радиации тканей с помощью внеклеточных гидрогелей матрицы

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

Специфический цикл клеток Измерение З2АКС и Апоптоза после генотоксического стресса с помощью цитометрии потока

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

Управление респираторного движения артефактов в 18F-фтордеоксиглукозы позитронно-эмиссионной томографии с использованием Амплитуды основе оптимального респираторного gating алгоритм

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

Изучение Тройной отрицательный рак молочной железы Использование ортотопической модели рака молочной железы

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

3D сфероидная модель для глиобластомы

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

Алгоритмы машинного обучения для раннего обнаружения метастазов костей в экспериментальной модели крыс

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