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

Författarna vill tacka Lux Luka Foundation för att ha stött detta arbete.

Studien godkändes av den lokala etikkommittén för djurförsök (ECD 18/21). Anestesiövervakning utförs genom att förvärva djurens andningshastighet med hjälp av en sensor.
1. F98 GB råttcellsmodell
<ol><li>Odla F98 GB-cellerna i ett monoskikt med Dulbeccos Modified Eagle Medium, kompletterat med 10% kalvserum, 1% penicillin, 1% streptomycin och 1% L-glutamin, och placera dem i en CO2-inkubator (5% CO2 och 37 °C).</li>
	<li>Inokulera gliomcellerna i hjärnan h...

<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 råtta GB modell för att efterlikna chemo-strålbehandling i kliniken för glioblastoma patienter beskrevs tidigare20. I likhet med den kliniska metoden kombinerades CT och MRI under behandlingsplaneringsprocessen för att få mer exakt bestrålning. En multimodalitet säng för att minimera (huvud) rörelse användes när djuret flyttades från ett bildsystem till ett annat. Därefter lades PET-avbildning till behandlingsplaneringsprocessen och PET-baserad undervolymökning kunde genomföras ...

Glioblastoma (GB) är en maligna och mycket aggressiva primära hjärnan tumör. GB är en solid heterogen tumör vanligtvis kännetecknas av infiltrative gränser, nukleära atypia och nekros1. Närvaron av blod-hjärnbarriären och hjärnans status som en immunprivilegierad plats gör upptäckten av nya mål för cellgifts- och immunterapi till en skrämmande uppgift2,3,4. Det är anmärkningsvärt att behandlingen av GB-patienter knappt har förändrats sedan införandet, 2005, av Stupp-protokollet som kombinerar extern strålbehandling (RT) med samtidig temozolomid, vanligtvis följt av adjuvant temozolomide5. Vanligtvis föregås Stupp-protokollet av maximal kirurgisk samband. Därför är alternativa behandlingsmetoder av avgörande betydelse.
Nuvarande strålbehandling för glioblastom patienter ger en enhetlig stråldos till den definierade tumörvolymen. Inom strålningsonkologi finns det en viktig dos-respons korrelation för glioblastom med ökande dos, som verkar begränsa runt 60 Gy, på grund av ökad toxicitet till den normala hjärnan6,7. Tumörer kan dock vara mycket (radiobiologiskt) heterogena, med gradienter av syrenivå och/eller stora skillnader i cellulär densitet. Metaboliska avbildningstekniker, såsom PET, kan visualisera dessa biologiska funktioner och kan användas för att anpassa dosreceptet. Detta tillvägagångssätt kallas dosmålning RT. Denna term infördes av Ling et al. år 2000. Författarna definierade dosmålning RT som producerar "utsökt konforma dosfördelningar inom begränsningarna för strålningsutbredning och spridning"8.
Det finns två typer av dosmålning RT, dosmålning efter konturer (DPBC), genom vilken en dos föreskrivs till en uppsättning kapslade delvolymer, och dosmålning i siffror (DPBN), varigenom en dos föreskrivs på voxelnivå. Dosfördelningen för DPBN RT kan extraheras från funktionella bilder. Dosen i varje voxel bestäms av intensiteten I av motsvarande voxel i bilden, med en nedre och övre gräns, för att säkerställa att å ena sidan en tillräcklig dos levereras till varje del av tumören. Å andra sidan överskrider doserna inte en övre gräns för att skydda organ i riskzonen och undvika toxicitet. Den enklaste metoden är en linjär interpolation (se Eq. 1) mellan minsta dos Dmin och maximal dos Dmax, proportionellt varierande mellan minsta intensitet Imax och maximal intensitet inom målvolymen9,10
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62560/62560eq01.jpg">Eq. 1
Eftersom det finns en viss skepsis mot kvalitetssäkringen av DPBN RT, bör depositionen av dosen verifieras genom preklinisk och klinisk forskning10. Endast begränsade data kan dock förvärvas från kliniska prövningar, och det har antagits att fler insikter kan erhållas genom nedskalning till laboratoriedjur11,12. Därför är prekliniska studier som använder precisionsbildstyrda strålningsforskningsplattformar som möjliggör koppling med vissa mycket specifika tekniker, såsom autoradiografi, lämpliga för att undersöka öppna frågor och bana väg för personlig medicin och nya behandlingsstrategier, såsom dosmålning RT13,14. Tolkningen av prekliniska data måste dock utföras med försiktighet, och nackdelar med dessa prekliniska inställningar måste övervägas14.
Mikrobestrålningssystem, såsom sarrp (Small Animal Radiation Research Platform), är utrustade med liknande teknik som deras kliniska motsvarighet. De inkluderar in-board cone-beam CT (CBCT) imaging, ett prekliniskt behandlingsplaneringssystem (PCTPS), och ger submillimeter precision. Kliniska dosberäkningar utförs genom omvänd behandlingsplanering, varigenom man initierar från önskad dosfördelning för att bestämma strålarna via en iterativ algoritm. Prekliniska bestrålningsare använder ofta framtidsplanering. Vid planering framåt väljs önskad mängd och vinkel på balkarna, och PCTPS beräknar sedan dosfördelningen. Optimeringen av planerna utförs genom manuell iteration, som är arbetsintensiv15.
Efter 2009 har ny utveckling gjort genomförandet av omvänd planering på dessa forskningsplattformar möjligt16,17,18. För att öka likheten med den kliniska metoden utvecklades en motoriserad variabel rektangulär collimator (MVC) som en preklinisk motsvarighet till multibladskollisatorn. En tvådimensionell dosmålningsmetod med hjälp av en variabel kollimator publicerades av Cho et al.19. Denna forskargrupp implementerade ett tredimensionellt (3D) omvänt behandlingsplaneringsprotokoll på en mikrobestrålning och fastställde minimi- och maximidoser för målvolymen och en maximal dos för de organ som är i riskzonen. Dessa tekniker har främst utvärderats i silico, och deras prekliniska tillämpningar måste undersökas.
Detta dokument presenterar en i silico studie för att jämföra två metoder för [18F]-fluoro-etyl-L-tyrosin ([18F]FET) PET-baserad dosmålning i en GB råtta modell20,21,22 med hjälp av en liten djur strålning forskningsplattform. Dessa två metoder är (1) undervolymökning med fördefinierade strålstorlekar och (2) dosmålning med hjälp av en motoriserad variabel kollimator där käftdimensioner ändras baserat på PET-spårupptaget i tumörvolymen. [18F] FET är en PET-spårämne som ofta används i neuro-onkologi på grund av dess förmåga att upptäcka hjärntumörer23. [18F] FET är en konstgjord aminosyra som internaliseras i tumörceller men inte införlivas i cellproteiner. [18F] FET upptag motsvarar cell spridning hastighet, tumör cellen densitet och angiogenesis24. Eftersom detta är den vanligaste onkologiska hjärnan PET tracer i dessa författares institut, valdes denna radiotracer för att utvärdera det nya arbetsflödet.

<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 råtta glioblastoma modell för att efterlikna chemo-strålbehandling av mänskliga glioblastom i kliniken var tidigare etablerad. I likhet med den kliniska behandlingen kombinerades datortomografi (CT) och magnetisk resonanstomografi (MRI) under behandlingsplaneringsprocessen. Positron emission tomography (PET) imaging lades därefter till för att genomföra undervolym öka med hjälp av ett mikro-bestrålningssystem. Kombinera tre bildframställning modaliteter (CT, MRI och PET) med hjälp av en mikro-bestrålning system visade sig vara arbetsintensiva eftersom multimodal imaging, behandling planering och dos leverans måste slutföras sekventiellt i den prekliniska inställningen. Detta resulterar också i ett arbetsflöde som är mer utsatt för mänskliga fel. Därför implementerades en användarvänlig algoritm för att ytterligare optimera preklinisk multimodal bildbehandlingsbaserad strålbehandlingsplanering. Detta mjukvaruverktyg användes för att utvärdera noggrannheten och effektiviteten av dosmålning strålbehandling med mikrobestrålning med hjälp av en i silico studie design. Den nya metoden för dosmålning strålbehandling är överlägsen den tidigare beskrivna metoden när det gäller noggrannhet, tidseffektivitet och variabilitet mellan användare. Det är också ett viktigt steg mot genomförandet av omvänd behandlingsplanering för mikrobestrålningar, där framtidsplanering fortfarande används ofta, till skillnad från kliniska system.

Genomförbarheten av PET- och MRI-guidad bestrålning i en glioblastoma råtta modell med sarrp för att efterlikna strategin för mänsklig behandling har tidigare beskrivits20,21,22. Medan djuret var fixerat på en multimodalitet säng görs internt, var det möjligt att skapa en acceptabel strålbehandling plan som kombinerar tre bildframställning modaliteter: PET, MRI och CT. I dessa metoder användes ett externt programvar...

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

Här presenterar vi ett protokoll för att utföra prekliniska positron emission tomografi-baserade strålbehandling i en råtta glioblastoma modell med hjälp av algoritmer utvecklat internt för att optimera noggrannheten och effektiviteten.

Positron Emission Tomography-baserad dosmålning strålbehandling i en Glioblastoma Rat Modell med hjälp 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 ...

Protokollet beskriver ett optimerat arbetsflöde för preklinisk PET-baserad strålbehandling i en råtta glioblastom modell med hjälp av egenutvecklade algoritmer. Den optimerade metoden gynnar automatisering och är mindre tidskrävande jämfört med det tidigare utvecklade arbetsflödet. Efter bedövning en F98 glioblastoma råtta hyser en sju till åtta millimeter diameter tumör, injicera 10 till 12 megabecquerel fluor-18 FET upplöst i 200 microliters saltlösning i laterala svansvenen en timme före PET förvärv.Låt djuret återfå medvetandet medan spårämnet fördelas över hela kroppen. Under tiden, fixa en kapillär fylld med MRI PET agent för enklare samregistrering. Bedöva sedan djuret igen och placera det på en multimodalitetsbädd.Säkra djuret med hjälp av krok- och slingfästen för att bibehålla en fast position under avbildning och mikrobestrålning och linda sedan djuret i bubbelplast för att bevara dess kroppstemperatur under multimodalitetsavbildning och terapi. En timme efter injektionen av PET-spåraren, utför en PET-skanning. Rekonstruera PET-skanningen till en 3D-volym med en 0,4 millimeter voxel-storlek med 30 iterationer av algoritmen för maximal sannolikhetsförväntningsmaximering.Injicera sedan ett MR-kontrastmedel i svansvenen och placera sedan råttan som fortfarande är fastsatt på multimodalitetsbädden i djurhållaren i MRI-skannern. Utför en lokaliseringsskanning följt av en kontrastförbättrad T1-viktad spin ekosekvens. Placera sedan djuret som fortfarande är fastsatt på multimodalitetsbädden på en plasthållare som är fastsatt på det fyraxliga robotpositionsbordet på mikrofasadjäratorn.Utför en högupplöst behandlingsplanering konbalk CT som kräver totalt 360 projektioner över 360 grader. Rekonstruera CT-bilderna med en isotropisk voxelstorlek på 0,275 millimeter. För medregistrering av bilder placerar du de tre bild formerna i en mapp och importerar sedan de konverterade bilderna till MATLAB.Kör sedan dosmålningsmedregistreringsMATLAB-skriptet som konverterar DICOM-bilderna till NIfTI-formatet, filtrerar PET-bilden med en halv max Gaussian-filter med en millimeter full bredd, beskär PET-bilden och flyttar bildcentren nära varandra och utför den faktiska styva kroppsregistreringen med hjälp av statistisk parametrisk kartläggning. Utvärdera resultatet av den automatiska samregistreringen innan du går vidare till behandlingsplanering. För att tillämpa metod ett, kör dosmålningsstrålningsplaneringen MATLAB-skriptet och laddar de tre olika bildframställningsmetoderna i MATLAB-appen.Placera sedan en generös begränsningsram runt kontrastförbättringen på de tvärgående, sagittala och frontal vyerna av T1 viktade MRI-skanning. Spara markeringsramens placering och slutför sedan rutan. Bestäm kontrastförbättrad volym med hjälp av ett tröskelvärde.Om flera regioner har valts väljer du endast den största volymen, vars centrum anses vara det första isocentrumet som levererar en föreskriven dos för strålbehandling. Expandera den tidigare bestämda MR-kontrastförbättringen med 10 pixlar i varje riktning. Om flera regioner upptäcks, behåll endast den största PET-volymen, vars centrum anses vara det andra isocentrumet som levererar en föreskriven dos för strålbehandling.För det första isocentrum, leverera en föreskriven dos på 2 000 centigray med tre icke-coplanar bågar vid soffpositioner noll, negativa 45 och negativa 90 grader med en gantry rotation på 120, 120 respektive 60 grader. Använd en fast kollimatorstorlek på 10 x 10 millimeter. För mindre tumörer, använd dock en lämplig storlek som fem gånger fem millimeter.För det andra isocentrum, leverera en föreskriven dos på 800 centigray med tre icke-coplanar bågar vid soffan positioner noll, negativa 45 och negativa 90 grader med en gantry rotation av 120, 120 och 60 grader respektive. Använd en fast kollimatorstorlek på en millimeter. Beräkna dosfördelningen inom djuret och stråltillförselparametrarna.För att tillämpa metod två, ladda de tre olika bildframställningsmetoderna i MATLAB-appen som visats tidigare, placera sedan en generös begränsningsram runt kontrastförbättringen på de tvärgående, sagittala och främre vyerna av fluor-18 FET PET-bilden och spara platserna för begränsningsramen. När begränsningsramen har slutförts använder du lämpligt MATLAB-skript för att bestämma V50, V60, V70, V80 och V90 i isocentrumen och käftmåtten för varje balk som krävs för att styra den motoriserade variabeln kollimator. För att leverera en föreskriven dos på 2 000 centigray fördelad på 16 strålar för V50 och en dos på 800 centigray fördelad på 40 strålar för V60 till V90, välj utdatafilen som genereras av MATLAB-skriptet och importera de 56 strålarna till behandlingsplaneringsprogramvaran.Efter att ha kontrollerat att alla 56 balkar har importerats korrekt, beräkna dosfördelningen inom djuret och balktillförselparametrarna. Båda metoderna för PET-baserade dos målning strålbehandling tillämpades på tre olika fall. Fall ett har en sfärisk homogen PET upptag medan fall två och tre har en ring-formad upptag där det minskade PET upptag är mest sannolikt necrotic vävnad.Dosvolym histogrammen för metod två är systematiskt närmare den ideala dosfördelningen än för metod ett. En betydande tumör volym får otillräcklig bestrålning i fall två och tre när behandlas med metod ett. D90- och D50-värdena är betydligt lägre för metod ett än för metod två.Helst gör Q-volym histogram en skarp minskning med ett Q-värde som är lika med ett. Metod två resulterar alltid i dosfördelningar som ligger närmare dosmålet än metod ett. Dessutom var de övergripande Q-faktorerna för metod två överlägsna dem för metod ett.Denna metodik är ett avgörande steg mot omvänd planering som i allmänhet används i klinisk rutin och ytterligare minskar klyftan mellan preklinisk strålningsforskning och kliniken.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

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

Advanced djurmodell av Colorectal metastas i Lever: avbildningsmetoder och egenskaper av metastaserande kloner

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 och MRI guidad bestrålning av en Glioblastoma råtta 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 In Vivo murina ischiasnerven modell av Perineural Invasion

Cancer cells invade nerves through a process termed perineural invasion (PNI), in which cancer cells proliferate and migrate in the nerve ...

The Clinical Application of Tumor Treating Fields Therapy in Glioblastoma

Klinisk tillämpning av tumör behandling av fält terapi i 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

Studera normal vävnad strålningseffekter med hjälp av extracellulära matrix hydrogels

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 cykelns specifika mätningar av γH2AX och apoptos efter genotoxisk stress genom flödescytometri

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

Hantering av Respiratory Motion artefakter i 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emissions Tomografi med hjälp av en Amplitud-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm

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

Studera Triple negativ bröstcancer med ortopotopic bröstcancer 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 sfäroid modell för 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

Machine Learning Algoritmer för tidig upptäckt av Ben metastaser i en experimentell Rat Model

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