Name: measurement of tumor t2* relaxation times after iron oxide nanoparticle administration
Uploaded: 2023-05-19T13:10:00
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Diese Arbeit wurde zum Teil durch ein Stipendium des National Cancer Institute, Grant Nummer U24CA264298, unterstützt. Wir danken Dawn Holley, Kim Halbert und Mehdi Khalighi vom PET/MRT Metabolic Service Center für ihre Unterstützung bei der Beschaffung von PET/MRT-Scans am Lucas Research Center in Stanford. Wir danken den Mitgliedern des Daldrup-Link-Labors für wertvolle Anregungen und Diskussionen zu diesem Projekt.

Dieses Protokoll wurde für eine prospektive klinische Studie und koklinische Forschung erstellt. Die Studie entsprach dem Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA) und wurde vom Institutional Review Board (IRB) der Stanford University genehmigt. Alle Patienten oder ihr gesetzlicher Vertreter unterschrieben eine schriftliche Einverständniserklärung, und alle Kinder zwischen 7 und 18 Jahren unterschrieben eine Einverständniserklärung.
1. Installieren und Starten des ...

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	<li>Garbowski, M. W., 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=Biopsy-based+calibration+of+T2*+magnetic+resonance+for+estimation+of+liver+iron+concentration+and+comparison+with+R2+Ferriscan.">Biopsy-based calibration of T2* magnetic resonance for estimation of liver iron concentration and comparison with R2 Ferriscan.</a> Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 16 (1), 40 (2014).</li><li>. OsiriXDICOM Viewer Available from: <a target="_blank" href="https://www.osirix-viewer.com/">https://www.osirix-viewer.com/</a> (2023)</li><li>Linfante, I., Llinas, R. H., Caplan, L. 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Unser Protokoll ermöglicht es uns, die T2*-Relaxationszeiten von Tumoren auf der Grundlage von Multi-Echo-Gradienten-Echo-Sequenzen, einer externen Software und einem Plugin zur Erstellung von T2*-Karten zu messen. Die entscheidenden Schritte innerhalb des Protokolls sind die Aufnahme der Multi-Echo-Gradient-Echo-Sequenz mit sehr kurzen TEs in das Scanning-Protokoll und die monoexponentielle Anpassung der Multi-Echo-Gradient-Echo-Bilder mit externer Software. Es ist wichtig, die eingegebenen Multi-Echo-Gradienten-Echo-B...

Die nichtinvasive Quantifizierung von Tumor-T2*-Relaxationszeiten in verschiedenen Geweben des Körpers mittels Magnetresonanztomographie (MRT) ist weithin etabliert1. Der Grundgedanke für diesen Artikel besteht darin, ein Protokoll für die Messung der Tumor-T2*-Relaxationszeiten bereitzustellen, das unabhängig von Scannersoftware wie Osirix2 ist. Dies ermöglicht eine einheitliche Analyse von Bilddaten aus verschiedenen Zentren, verschiedenen Scannern und verschiedenen Anbietern. In der Tat könnten potenziell Tausende von Anwendern den gleichen Ansatz verwenden und damit die Standardisierung von Tumor-T2*-Messungen erhöhen. T2*-Messungen werden unter anderem von Neuroradiologen, Experten für Herzbildgebung und Bildgebung des Abdomens für verschiedene Zwecke verwendet. MRT-Pulssequenzen zur Messung der Gewebe-T2*-Relaxationszeiten wurden u.a. für die Beurteilung von intrakraniellen Blutungen3, hepatischem Eisengehalt 1,4 und kardialem Eisengehalt 5,6 angewendet und optimiert. Andere Forscher haben T2*-Messungen verwendet, um quantitative Schätzungen der Anhäufung von Eisenoxid-Nanopartikeln in bösartigen Tumoren zu erstellen 7,8. Viele dieser früheren Ansätze verwendeten jedoch institutionelle Software oder spezifische Scanner-Software, die auf den Einsatz in einer bestimmten Institution oder auf die Verarbeitung von Daten beschränkt war, die mit einem bestimmten Scanner gewonnen wurden. In dieser Arbeit beschreiben wir einen universell anwendbaren Ansatz zur Erstellung von Tumor-T2*-Karten und Tumor-T2*-Relaxationszeiten auf der Grundlage präklinischer oder klinischer MRT-Daten von jedem Scanner, der Multi-Echo-Gradientenechobilder erzeugen kann. Die erforderliche Gradientenechosequenz sollte sehr kurze erste Echozeiten und einen engen Abstand zwischen den Echos 9,10 aufweisen. Die Multi-Echo-Gradientenechobilder werden dann in die externe Software eingespeist, Tumor-T2*-Karten werden berechnet und Tumor-T2*-Relaxationszeiten gemessen. Das T2 Fit Map-Plugin in den T2*-Abklingkurven der externen Modelle als monoexponentielle Anpassung an S(t) = So e-t/T2* 11, wobei S(t) den Signal- oder Prozesswert zu einem bestimmten Zeitpunkt t darstellt; S 0 ist der Anfangswert des Signals oder Prozesses bei t =0; t steht für Zeit; T2*, auch als scheinbare transversale Relaxationszeit bekannt, charakterisiert die Abklingrate des Signals oder Prozesses; und e ist die Basis des natürlichen Logarithmus (ungefähr gleich 2,71828). Die Gleichung beschreibt einen exponentiellen Zerfall, bei dem das Signal oder der Prozess im Laufe der Zeit in Abhängigkeit von der Abklingrate T2* abnimmt. Je größer der Wert von T2* ist, desto langsamer ist die Zerfallsrate und umgekehrt. Dieselbe Software kann auch verwendet werden, um Multi-Echo-Spin-Echo-Bilder einzugeben und Tumor-T2-Werte zu erzeugen, indem die T2-Zerfallskurve an S(t) = So e-t/T2 angepasst wird. Die Kurvenanpassung wurde mit einer externen Software durchgeführt, ohne einen konstanten Versatz zu berücksichtigen. Beide Zerfallskurven zeigen ein einzelnes exponentielles Verhalten, wobei T2* im Vergleich zu T2 eine kürzere Dauer aufweist.
Bei Patienten mit Hämosiderose und Hämochromatose ist die Quantifizierung des Eisengehalts in der Leber durch Gewebebiopsie der Goldstandard, während die nichtinvasive MRT-Bildgebung der Point-of-Care ist, um Ausgangswerte zu ermitteln und Veränderungen im Zeitverlauf nichtinvasiv zu überwachen12,13. Während die Erstellung von T2*-Karten für die Quantifizierung von Lebereisen gut etabliert ist4, gibt es kein standardisiertes Protokoll zur Messung der T2*-Relaxationszeiten von Tumoren. T2*-Karten können zwar auch von Scanner-Software generiert werden, sind jedoch auf einen bestimmten Scanner und Anbieter beschränkt. Im Bereich der Onkologie werden serielle Bildgebungsstudien eines bestimmten Patienten häufig auf verschiedenen Scannern durchgeführt, und multizentrische MRT-Daten werden auf der Grundlage von Bildgebungsstudien von verschiedenen Scannern und verschiedenen Anbietern erfasst. Darüber hinaus wird zunehmend koklinische Bildgebungsforschung betrieben, die den Vergleich von MRT-Daten von Patienten und Mausmodellen, die ihren Tumor simulieren, erfordert. Der Zweck dieses Protokolls ist es, ein Protokoll für die Messung der Tumor-T2*-Relaxationszeiten bereitzustellen, das unabhängig von der Scanner-Software ist. Dies ermöglicht eine einheitliche Analyse von Bilddaten aus verschiedenen Zentren und verschiedenen Scannern. In der Tat könnten potenziell Tausende von Anwendern den gleichen Ansatz verwenden und dadurch die Standardisierung und Reproduzierbarkeit von Tumor-T2*-Messungen erhöhen. Unser Protokoll verwendet externe Software, die aus dem Internet heruntergeladen werden kann. Multi-Echo-Gradientenechobilder werden in die Software eingespeist und an eine Formel für den monoexponentiellen Zerfall angepasst, um eine T2*-Karte zu erstellen, auf der die T2*-Relaxationszeiten des Tumors mit Hilfe von vom Bediener definierten Regions of Interest (ROIs) gemessen werden können5. Eisenoxid-Nanopartikel können in verschiedenen Dosen infundiert werden14, In unserer Studie erhielt der Patient eine Ferumoxytol-Injektion (30 mg/ml) mit 510 mg elementarem Eisen in einem Volumen von 17 ml in einer Dosierung von 5 mg elementarem Eisen pro kg Körpergewicht. Anschließend wurden Multi-Echo-Gradientenechosequenzen15 unter Verwendung festgelegter Sequenzparameter für die Datenerfassung erhalten.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>OsiriX</td>
			<td>Pixmeo SARL</td>
			<td></td>
			<td>https://www.osirix-viewer.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3T GE MR 750</td>
			<td>GE Healthcare, Chicago, IL</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FERAHEME (ferumoxytol injection)</td>
			<td>AMAG Pharmaceuticals, Inc. 1100 Winter Street Waltham, MA 02451</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of tumor t2* relaxation times after iron oxide nanoparticle administration

Die T2*-Relaxometrie ist eine der etablierten Methoden, um die Wirkung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln auf Tumorgewebe mittels Magnetresonanztomographie (MRT) zu messen. Eisenoxid-Nanopartikel verkürzen die T1-, T2- und T2*-Relaxationszeiten von Tumoren. Während der T1-Effekt je nach Größe und Zusammensetzung der Nanopartikel variiert, sind die T2- und T2*-Effekte in der Regel vorherrschend, und T2*-Messungen sind im klinischen Kontext am zeiteffizientesten. Hier stellen wir unseren Ansatz zur Messung der Tumor-T2*-Relaxationszeiten vor, indem wir Multi-Echo-Gradientenecho-Sequenzen, externe Software und ein standardisiertes Protokoll zur Erstellung einer T2*-Karte mit scannerunabhängiger Software verwenden. Dies erleichtert den Vergleich von Bildgebungsdaten verschiedener klinischer Scanner, verschiedener Anbieter und koklinischer Forschungsarbeiten (d. h. Tumor-T2*-Daten, die in Mausmodellen und Patienten gewonnen wurden). Sobald die Software installiert ist, muss das T2 Fit Map-Plugin über den Plugin-Manager installiert werden. Dieses Protokoll bietet Schritt-für-Schritt-Verfahrensdetails, vom Import der Multi-Echo-Gradientenechosequenzen in die Software über die Erstellung farbcodierter T2*-Karten bis hin zur Messung der T2*-Relaxationszeiten des Tumors. Das Protokoll kann auf solide Tumore in jedem Körperteil angewendet werden und wurde auf der Grundlage präklinischer Bildgebungsdaten und klinischer Daten bei Patienten validiert. Dies könnte Tumor-T2*-Messungen für multizentrische klinische Studien erleichtern und die Standardisierung und Reproduzierbarkeit von Tumor-T2*-Messungen in koklinischen und multizentrischen Datenanalysen verbessern.

<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64773/64773fig10.jpg"> Abbildung 10: Die T2*-Karte mit einem ROI, der der metastasierten Osteosarkomläsion überlagert ist und den Mittelwert und die Standardabweichung T2* zeigt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64773/64773fig10large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<p class="jove_...

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Measurement of Tumor T2* Relaxation Times after Iron Oxide Nanoparticle Administration

Wir stellen ein standardisiertes Protokoll zur Quantifizierung der T2*-Relaxationszeiten von Tumoren mit Hilfe externer Software vor. Multi-Echo-Gradienten-Echobilder werden aufgenommen und in die Software eingespeist, um Tumor-T2*-Karten zu erstellen und Tumor-T2*-Relaxationszeiten zu messen.

Messung der Tumor-T2*-Relaxationszeiten nach Verabreichung von Eisenoxid-Nanopartikeln

T2* relaxometry is one of the established methods to measure the effect of superparamagnetic iron oxide nanoparticles on tumor tissues with magnetic ...

Unser Protokoll ermöglicht standardisierte Tumor-T2*-Messungen über verschiedene Scanner, Hersteller und Institutionen hinweg. Dieses Protokoll ermöglicht eine Verbesserung der Qualitätssicherung und eine breite klinische Fähigkeit, ohne dass eine Programmiersprache erforderlich ist. Der Hauptvorteil dieser Technik ist die Fähigkeit, zuverlässige und konsistente Tumor-T2*-Messungen über verschiedene MRT-Scanner hinweg zu ermöglichen.Darüber hinaus bietet es einen zugänglichen und benutzerfreundlichen Ansatz, der die Hürden für die Einführung senkt. NOIs können mit der richtigen Sequenzeinrichtung und ROI-Auswahl zu kämpfen haben. Es wird empfohlen, die Protokollschritte zu befolgen, die korrekte T-Anordnung sicherzustellen und das ROI-Zeichnen für eine genaue T2*-Kartenerstellung und -anpassung zu üben.Starten Sie zunächst die OsiriX-Software, um das T2 Fit Map Plugin zu installieren. Klicken Sie in der Menüleiste auf die Schaltfläche Plugins und wählen Sie dann Plugins-Manager aus dem Dropdown-Menü aus. Sobald der Plugin-Manager geladen ist, wählen Sie T2 Fit Map aus den verfügbaren Plugins aus.Klicken Sie auf Installation herunterladen. Schließen Sie dann den Plugin-Manager. Laden Sie nach dem Neustart der Software die Multi-Echo-Gradienten-Deko-Sequenzbilder als DICOM-Dateien in die Software.Ändern Sie die Maustastenfunktion, um einen Interessenbereich oder ROI zu zeichnen. Wählen Sie dann aus dem Dropdown-Menü Ovales oder geschlossenes Polygon oder die gewünschte Form aus und zeichnen Sie ROIs in den gewünschten Bildern mit unterschiedlichen Echozeiten. Wählen Sie aus den Bildern mit unterschiedlichen Echozeiten die ROIs aus, für die die T2*map benötigt wird.Klicken Sie im Dropdown-Menü auf die Schaltfläche Plugins, wählen Sie Bildfilter und dann T2 Fit Map aus. Sobald Sie auf T2 Fit Map klicken, wird ein Dialogfeld geöffnet. Klicken Sie dann auf Karte generieren.Um den Masken-ROI für eine Bildserie außerhalb der Daten zu definieren, öffnen Sie die gewünschte Serie und wählen Sie ein Slice aus. Wählen Sie im Dropdown-Menü "ROI" die Option "Wachstumsregion" und das Optionsfeld "3D-Wachstumsregion" aus. Wählen Sie im Dropdown-Menü "Algorithmus" die Option "Schwellenwert" aus: Legen Sie den unteren und oberen Schwellenwert auf 0 bzw. X Prozent des kontralateralen Muskelsignals fest.Benennen Sie den ROI wie gewünscht. Klicken Sie dann auf das Bild, um einen Seed für das ROI-Wachstum zu platzieren, und klicken Sie auf Berechnen. Wählen Sie im Menü "ROI" die Option "Alle ROIs dieser Serie speichern" aus.Öffnen Sie anschließend das Dataset im 4D viewer. Nachdem Sie sich vergewissert haben, dass sich die ROIs im ersten 3D-Volume befinden, wählen Sie im ROI-Menü die Option ROI(s)Maske importieren, um die Daten zuzuordnen, indem Sie Pixelwerte festlegen auf auswählen.Wählen Sie dann Auf ROIs mit demselben Namen anwenden aus. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen An 4D Serie weitergeben, setzen Sie Pixel, die sich innerhalb von ROIs befinden, und setzen Sie Auf diesen neuen Wert auf Null.Diese Studie zeigt die Quantifizierung der T2*-Relaxationszeit bei einem Patienten mit metastasiertem Osteosarkom. Es wird eine Anpassungskurve mit minimalen, mittleren und maximalen T2*-Werten für die ausgewählten ROIs mit unterschiedlichen Echozeiten für diesen Patienten generiert. Die farbkodierten T2*-Karten wurden zur anatomischen Orientierung mit einem kontrastverstärkten T1-gewichteten Verlaufsdekobild zusammengeführt.Es ist wichtig, die eingegebenen Multi-Echo-Gradienten-Dekobilder entsprechend ihrer Aufnahmezeiten anzuordnen. Dies kann erreicht werden, indem die Bilddatenreihen in der externen Software im Dropdown-Menü der Voreinstellungsdatenbank nach Erfassungszeit sortiert werden. Unser Protokoll hat die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit erheblich verbessert und bietet konsistente T2*-Relaxationszeiten über verschiedene Krebsstudien hinweg.

Research

JoVE Journal

Medicine

Mesenteric Artery Contraction and Relaxation Studies Using Automated Wire Myography

A. mesenterica Kontraktion und Entspannung Studies Verwendung automatisierter Draht Myographie

Proximal resistance vessels, such as the mesenteric arteries, contribute substantially to the peripheral resistance. These small vessels of between ...

Forschung

Medizin

Labeling Stem Cells with Ferumoxytol, an FDA-Approved Iron Oxide Nanoparticle

Labeling Stammzellen mit Ferumoxytol, eine FDA-Zulassung Eisenoxid-Nanopartikel

Stem cell based therapies offer significant potential for the field of regenerative medicine. However, much remains to be understood regarding the in vivo ...

Analytical Techniques for Assaying Nitric Oxide Bioactivity

Analytische Verfahren zur Bestimmung von Stickoxid Bioaktivität

Nitric oxide (NO) is a diatomic free radical that is extremely short lived in biological systems (less than 1 second in circulating blood)1. NO may be ...

Intranasal Administration of CNS Therapeutics to Awake Mice

Intranasale Verabreichung von CNS Therapeutics Awake Mäuse

Intranasal administration is a method of delivering  therapeutic agents to the central nervous system (CNS). It is  non-invasive and allows large ...

Synthesis, Characterization, and Application of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoprobes for Extrapulmonary Tuberculosis Detection

Synthese, Charakterisierung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanosonden zur Erkennung von extrapulmonaler Tuberkulose

A molecular imaging probe comprising superparamagnetic iron oxide (SPIO) nanoparticles and Mycobacterium tuberculosis surface antibody (MtbsAb) was ...

Polyethyleneimine-coated Iron Oxide Nanoparticles as a Vehicle for the Delivery of Small Interfering RNA to Macrophages In Vitro and In Vivo

Polyethyleneimine-coated Iron Oxide Nanoparticles as a Vehicle for the Delivery of Small Interfering RNA to Macrophages In Vitro and In Vivo

Polyethyleneimine beschichteten Eisenoxid-Nanopartikeln als Vehikel für die Lieferung von kleinen interferierende RNA an Makrophagen In Vitro und In Vivo

Because of their critical role in regulating immune responses, macrophages have continuously been the subject of intensive research and represent a ...

Tracking Superparamagnetic Iron Oxide-labeled Mesenchymal Stem Cells using MRI after Intranasal Delivery in a Traumatic Brain Injury Murine Model

Verfolgung von superparamagnetischen Eisenoxid-beschrifteten mesenchymalen Stammzellen mit MRT nach intranasaler Lieferung in einem traumatischen Hirnverletzungs-Murine-Modell

Stem cell-based therapies for brain injuries, such as traumatic brain injury (TBI), are a promising approach for clinical trials. However, technical ...

Measurement of Natural Killer Cell-Mediated Cytotoxicity and Migration in the Context of Hepatic Tumor Cells

Messung der natürlichen Killerzell-vermittelten Zytotoxizität und Migration im Kontext von leberassoziierten Tumorzellen

Natural killer (NK) cells are a subset of the cytotoxic lymphocyte population of the innate immune system and participate as a first line of defense by ...

Intratracheal Administration of Dry Powder Formulation in Mice

Intratrachealadministration der Trockenpulverformulierung bei Mäusen

In the development of inhalable dry powder formulations, it is essential to evaluate their biological activities in preclinical animal models. This paper ...

Acetylcholine Re-Challenge After Intracoronary Nitroglycerine Administration

Acetylcholin-Re-Challenge nach intrakoronarer Nitroglycerin-Verabreichung

Coronary artery spasm (CAS) can be diagnosed in a large proportion of patients with recurrent angina with non-obstructive coronary artery disease (ANOCA) ...