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

Los autores desean agradecer a la Fundación Lux Luka por apoyar este trabajo.

El estudio fue aprobado por el comité de ética local para experimentos con animales (ECD 18/21). La monitorización de la anestesia se realiza adquiriendo la frecuencia respiratoria de los animales mediante un sensor.
1. Modelo de célula de rata F98 GB
<ol><li>Cultive las células F98 GB en una monocapa utilizando el Medio Águila Modificada de Dulbecco, suplementado con suero de ternera al 10%, penicilina al 1%, estreptomicina al 1% y L-glutamina al 1%, y colóquelas en una incubadora d...

<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>

Anteriormente se describió un modelo GB de rata para imitar el tratamiento de quimio-radiación en la clínica para pacientes con glioblastoma20. Al igual que el método clínico, la TC y la RM se combinaron durante el proceso de planificación del tratamiento para obtener una irradiación más precisa. Se utilizó una cama multimodal para minimizar el movimiento (de la cabeza) cuando el animal se movió de un sistema de imágenes a otro. Posteriormente, se añadieron imágenes pet al proceso de ...

El glioblastoma (GB) es un tumor cerebral primario maligno y muy agresivo. El GB es un tumor heterogéneo sólido caracterizado típicamente por límites infiltrativos, atipia nuclear y necrosis1. La presencia de la barrera hematoencefálica y el estatus del cerebro como un sitio inmunoprivilegiado hace que el descubrimiento de nuevos objetivos para la quimioterapia y la inmunoterapia sea una tarea desalentadora2,3,4. Cabe destacar que el tratamiento de los pacientes con GB apenas ha cambiado desde la introducción, en 2005, del protocolo Stupp que combina la radioterapia de haz externo (RT) con temozolomida concomitante, generalmente seguida de temozolomida adyuvante5. Por lo general, el protocolo Stupp está precedido por una resección quirúrgica máxima. Por lo tanto, los enfoques de tratamiento alternativos son de importancia fundamental.
La radioterapia actual para pacientes con glioblastoma administra una dosis de radiación uniforme al volumen tumoral definido. En oncología radioterápica, existe una importante correlación dosis-respuesta para el glioblastoma con el aumento de la dosis, que parece limitar alrededor de 60 Gy, debido al aumento de la toxicidad para el cerebro normal6,7. Sin embargo, los tumores pueden ser muy (radiobiológicamente) heterogéneos, con gradientes de nivel de oxígeno y/o grandes diferencias en la densidad celular. Las técnicas de imagen metabólica, como la PET, pueden visualizar estas características biológicas y se pueden utilizar para personalizar la prescripción de la dosis. Este enfoque se conoce como pintura de dosis RT. Este término fue introducido por Ling et al. en 2000. Los autores definieron la pintura de dosis RT como la producción de "distribuciones de dosis exquisitamente conformes dentro de las limitaciones de propagación y dispersión de la radiación"8.
Hay dos tipos de pintura de dosis RT, pintura de dosis por contornos (DPBC), mediante la cual se prescribe una dosis a un conjunto de subvolúmenes anidados, y pintura de dosis por números (DPBN), mediante la cual se prescribe una dosis a nivel de vóxel. La distribución de dosis para DPBN RT se puede extraer de imágenes funcionales. La dosis en cada vóxel está determinada por la intensidad I del vóxel correspondiente en la imagen, con un límite inferior y superior, para asegurarse de que, por un lado, se administra una dosis suficiente a cada parte del tumor. Por otro lado, las dosis no superan un límite superior para proteger los órganos de riesgo y evitar la toxicidad. El método más sencillo es una interpolación lineal (véase Eq. 1) entre la dosis mínima Dmin y la dosis máxima Dmax, variando proporcionalmente entre la intensidad mínima Imax y la intensidad máxima dentro del volumen objetivo9,10
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62560/62560eq01.jpg">Eq. 1
Debido a que existe cierto escepticismo sobre el aseguramiento de la calidad de DPBN RT, la deposición de la dosis debe verificarse a través de la investigación preclínica y clínica10. Sin embargo, solo se pueden obtener datos limitados de los ensayos clínicos, y se ha planteado la hipótesis de que se pueden obtener más conocimientos mediante la reducción de escala a animales de laboratorio11,12. Por lo tanto, los estudios preclínicos que utilizan plataformas de investigación de radiación guiadas por imágenes de precisión que permiten el acoplamiento con algunas técnicas muy específicas, como la autorradiografía, son adecuados para examinar problemas abiertos y allanar el camino hacia la medicina personalizada y las estrategias de tratamiento novedosas, como la pintura de dosis RT13,14. Sin embargo, la interpretación de los datos preclínicos debe realizarse con precaución, y se deben considerar los inconvenientes de estas configuraciones preclínicas14.
Los sistemas de microirradiación, como la Plataforma de Investigación de Radiación de Pequeños Animales (SARRP), están equipados con tecnologías similares a las de su contraparte clínica. Incluyen imágenes de TC de haz cónico (CBCT) a bordo, un sistema preclínico de planificación del tratamiento (PCTPS) y proporcionan una precisión submilimétrica. Los cálculos clínicos de dosis se realizan mediante la planificación inversa del tratamiento, mediante la cual se inicia a partir de la distribución de dosis deseada para determinar los haces a través de un algoritmo iterativo. Los irradiadores preclínicos a menudo utilizan la planificación anticipada. En la planificación anticipada, se seleccionan la cantidad y el ángulo requeridos de los haces, y el PCTPS calcula la distribución de dosis. La optimización de los planes se realiza mediante iteración manual, que requiere mucha mano de obra15.
Después de 2009, nuevos desarrollos han hecho posible la implementación de la planificación inversa en estas plataformas de investigación16,17,18. Para aumentar la similitud con el método clínico, se desarrolló un colimador rectangular variable motorizado (MVC) como contraparte preclínica del colimador multihoja. Cho et al.19 publicaron un método de pintura de dosis bidimensional utilizando un colimador variable. Este grupo de investigación implementó un protocolo tridimensional (3D) de planificación inversa del tratamiento en un microrrasor y determinó dosis mínimas y máximas para el volumen objetivo y una dosis máxima para los órganos en riesgo. Estas técnicas se han evaluado principalmente in silico, y sus aplicaciones preclínicas deben ser exploradas.
Este artículo presenta un estudio in silico para comparar dos metodologías para la pintura de dosis basada en PET [18F]-fluoro-etil-L-tirosina ([18F]FET) en un modelo de rata GB20,21,22 utilizando una plataforma de investigación de radiación en animales pequeños. Estas dos metodologías son (1) aumento de subvolumen utilizando tamaños de haz predefinidos y (2) pintura de dosis utilizando un colimador variable motorizado donde las dimensiones de la mandíbula se modifican en función de la captación del trazador PET en el volumen tumoral. [18F] FET es un trazador de PET utilizado a menudo en neuro-oncología debido a su capacidad para detectar tumores cerebrales23. [18F] FET es un aminoácido artificial que se internaliza en las células tumorales pero no se incorpora a las proteínas celulares. [18F] La captación de TJE se corresponde con la tasa de proliferación celular, la densidad de células tumorales y la angiogénesis24. Como este es el trazador de PET cerebral oncológico más utilizado en el instituto de estos autores, se eligió este radiotrazador para evaluar el nuevo flujo de trabajo.

<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

Previamente se estableció un modelo de glioblastoma de rata para imitar el tratamiento de quimio-radiación del glioblastoma humano en la clínica. Al igual que el tratamiento clínico, la tomografía computarizada (TC) y la resonancia magnética (IRM) se combinaron durante el proceso de planificación del tratamiento. Posteriormente se agregaron imágenes de tomografía por emisión de positrones (PET) para implementar el aumento de subvolumen utilizando un sistema de microirradiación. Sin embargo, la combinación de tres modalidades de imágenes (TC, RM y PET) utilizando un sistema de microirradiación demostró ser laboriosa porque las imágenes multimodales, la planificación del tratamiento y la administración de dosis deben completarse secuencialmente en el entorno preclínico. Esto también da como resultado un flujo de trabajo que es más propenso a errores humanos. Por lo tanto, se implementó un algoritmo fácil de usar para optimizar aún más la planificación del tratamiento de radiación preclínica basada en imágenes multimodales. Esta herramienta de software se utilizó para evaluar la precisión y la eficiencia de la radioterapia de pintura de dosis con microirradiación mediante el uso de un diseño de estudio in silico . La nueva metodología para la radioterapia de pintura de dosis es superior al método descrito anteriormente en términos de precisión, eficiencia de tiempo y variabilidad intra e interusuario. También es un paso importante hacia la implementación de la planificación inversa del tratamiento en microirradiadores, donde la planificación anticipada todavía se usa comúnmente, en contraste con los sistemas clínicos.

Anteriormente se ha descrito la viabilidad de la irradiación guiada por PET y RM en un modelo de rata glioblastoma utilizando el SARRP para imitar la estrategia de tratamiento humano20,21,22. Si bien el animal se fijó en una cama multimodal hecha internamente, fue posible crear un plan de tratamiento de radiación aceptable que combinara tres modalidades de imágenes: PET, MRI y CT. En estos métodos, se utilizó un paquete de...

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

Aquí presentamos un protocolo para realizar radioterapia preclínica basada en tomografía por emisión de positrones en un modelo de glioblastoma de rata utilizando algoritmos desarrollados internamente para optimizar la precisión y la eficiencia.

Radioterapia de pintura de dosis basada en tomografía por emisión de positrones en un modelo de rata con glioblastoma utilizando la Plataforma de Investigación de Radiación en Animales Pequeños

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

El protocolo describe un flujo de trabajo optimizado para la radioterapia preclínica basada en PET en un modelo de glioblastoma de rata utilizando algoritmos desarrollados internamente. El enfoque optimizado favorece la automatización y consume menos tiempo en comparación con el flujo de trabajo desarrollado anteriormente. Después de anestesiar a una rata con glioblastoma F98 que alberga un tumor de siete a ocho milímetros de diámetro, inyecte de 10 a 12 megabecquerelios de FET flúor-18 disuelto en 200 microlitros de solución salina en la vena lateral de la cola una hora antes de la adquisición de PET.Deje que el animal recupere la conciencia mientras el trazador se distribuye por todo el cuerpo. Mientras tanto, arregle un capilar lleno con el agente MRI PET para facilitar el registro conjunto. Luego anestesia al animal nuevamente y colócalo en una cama multimodal.Asegure al animal con sujetadores de gancho y lazo para mantener una posición fija durante la imagen y la microirradiación, luego envuelva al animal en plástico de burbujas para preservar su temperatura corporal durante la imagen y la terapia multimodalidad. Una hora después de la inyección del trazador de PET, realice una tomografía por emisión de positrones. Reconstruya el escaneo PET en un volumen 3D con un tamaño de vóxel de 0,4 milímetros utilizando 30 iteraciones del algoritmo de maximización de expectativas de máxima probabilidad.A continuación, inyecte un agente de contraste de resonancia magnética en la vena de la cola, luego coloque la rata aún fijada en la cama multimodal en el soporte del animal del escáner de resonancia magnética. Realice un escaneo localizador seguido de una secuencia de eco de espín ponderado T1 con contraste mejorado. Luego coloque al animal aún fijo en la cama multimodal sobre un soporte de plástico asegurado en la mesa de posicionamiento robótica de cuatro ejes en el microrrasor.Realizar una TC de haz cónico de planificación de tratamiento de alta resolución que requiera un total de 360 proyecciones de más de 360 grados. Reconstruir las imágenes de TC con un tamaño de vóxel isotrópico de 0,275 milímetros. Para el registro conjunto de imágenes, coloque las tres modalidades de imagen en una carpeta y, a continuación, importe las imágenes convertidas en MATLAB.A continuación, ejecute el script MATLAB de co-registro de pintura de dosis que convierte las imágenes DICOM al formato NIfTI, filtra la imagen PET con un filtro gaussiano de un milímetro de ancho completo medio máximo, recorta la imagen PET y mueve los centros de imagen cerca uno del otro y realiza el co-registro de cuerpo rígido real utilizando mapeo paramétrico estadístico. Evalúe el resultado del co-registro automático antes de proceder a la planificación del tratamiento. Para aplicar el método uno, ejecute el script MATLAB de planificación de radiación de pintura de dosis y cargue las tres modalidades de imagen diferentes en la aplicación MATLAB.A continuación, coloque una generosa caja delimitadora alrededor de la mejora del contraste en las vistas transversal, sagital y frontal de la resonancia magnética ponderada T1. Guarde la ubicación del cuadro delimitador y, a continuación, finalice el cuadro. Determine el volumen mejorado de contraste mediante un umbral.Si se han seleccionado varias regiones, seleccione solo el volumen más grande, cuyo centro se considera como el primer isocentro en administrar una dosis prescrita para la radioterapia. Expanda la mejora de contraste de MRI previamente determinada en 10 píxeles en cada dirección. Si se detectan múltiples regiones, retenga solo el mayor volumen de PET, cuyo centro se considera el segundo isocentro en administrar una dosis prescrita para la radioterapia.Para el primer isocentro, administre una dosis prescrita de 2, 000 centigray utilizando tres arcos no coplanares en las posiciones de sofá cero, negativo 45 y negativo 90 grados con una rotación de pórtico de 120, 120 y 60 grados respectivamente. Utilice un tamaño de colimador fijo de 10 por 10 milímetros. Sin embargo, para tumores más pequeños, use un tamaño apropiado, como cinco por cinco milímetros.Para el segundo isocentro, administre una dosis prescrita de 800 centigray utilizando tres arcos no coplanares en las posiciones de sofá cero, negativo 45 y negativo 90 grados con una rotación de pórtico de 120, 120 y 60 grados respectivamente. Utilice un tamaño de colimador fijo de un milímetro. Calcule la distribución de la dosis dentro del animal y los parámetros de entrega del haz.Para aplicar el método dos, cargue las tres modalidades de imagen diferentes en la aplicación MATLAB como se demostró anteriormente, luego coloque un generoso cuadro delimitador alrededor de la mejora de contraste en las vistas transversal, sagital y frontal de la imagen PET FET FET con flúor-18 y guarde las ubicaciones del cuadro delimitador. Después de finalizar el cuadro delimitador, utilice el script de MATLAB apropiado para determinar V50, V60, V70, V80 y V90 en los isocentros y las dimensiones de la mandíbula para cada haz necesario para guiar el colimador variable motorizado. Para administrar una dosis prescrita de 2.000 centigray distribuidos en 16 haces para V50 y una dosis de 800 centigray distribuidos en 40 haces para V60 a V90, seleccione el archivo de salida generado por el script matlab e importe los 56 haces en el software de planificación del tratamiento.Después de verificar que los 56 haces se han importado correctamente, calcule la distribución de la dosis dentro del animal y los parámetros de entrega del haz. Ambos métodos de radioterapia de pintura a dosis basada en PET se aplicaron a tres casos diferentes. El caso uno tiene una absorción homogénea esférica de PET, mientras que los casos dos y tres tienen una absorción en forma de anillo donde la absorción reducida de PET es probablemente tejido necrótico.Los histogramas de volumen de dosis para el método dos están sistemáticamente más cerca de la distribución de dosis ideal que los del método uno. Un volumen tumoral sustancial recibe irradiación insuficiente en los casos dos y tres cuando se trata con el método uno. Los valores D90 y D50 son considerablemente más bajos para el método uno que para el método dos.Idealmente, los histogramas de volumen Q hacen una caída brusca a un valor Q igual a uno. El método dos siempre da como resultado distribuciones de dosis que están más cerca del objetivo de dosis que el método uno. Además, los factores Q generales para el método dos fueron superiores a los del método uno.Esta metodología es un paso crucial hacia la planificación inversa que generalmente se utiliza en la rutina clínica y reduce aún más la brecha entre la investigación de radiación preclínica y la clínica.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

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

Avanzada modelo animal de colorrectal metástasis en hígado: Técnicas de imagen y propiedades metastásicas de los clones

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

Investigación

Investigación sobre el cáncer

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

PET y resonancia magnética guiada por irradiación de un modelo de rata de Glioblastoma usando un Micro-irradiador

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 modelo de nervio ciático murinos In Vivo de invasión Perineural

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

La aplicación clínica de Tumor tratamiento de terapia de campos en 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

Estudio de los efectos de radiación de tejido normal con hidrogeles de matriz extracelular

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

Medición específica del ciclo celular de la éH2AX y la apoptosis después del estrés genotóxico por citometría de flujo

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

Manejo de artefactos de movimiento respiratorio en 18tomografía por emisión de positrones F-fluorodeoxiglucosa utilizando un algoritmo de medición respiratoria óptima basado en la amplitud

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

Estudio del triple cáncer de mama negativo con el modelo de cáncer de mama ortotópico

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 modelo de esferoides 3D para 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

Algoritmos de aprendizaje automático para la detección temprana de metástasis óseas en un modelo experimental de rata

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