磁気共鳴ガイド下高強度集束超音波生成温熱療法:マウス横紋筋肉腫モデルにおける実行可能な治療法

このプロトコルは、熱感受性薬と組み合わせた腫瘍標的温熱療法の新しい前臨床試験を可能にし、肉腫患者の生存率を改善し、全身毒性を軽減するために適用できます。この技術の主な利点は、化学療法の放出が加熱領域に限定され、健康な組織における薬物の全身放出を最小限に抑えながら、腫瘍内の薬物放出を最大化することです。私たちの方法は、肉腫を治療するために臨床的に翻訳することができます。

また、私たちの研究は、限局性低体温がどのように免疫系を扇動し、標準的な化学療法と一緒に体が癌を標的にするのを助けることができるかを学んでいます。手順を実演するのは、スターイノベーションセンターの主任MRI物理学者であるウォーレンフォルツ博士、病気の子供のための病院の主任HIFU物理学者であるアダムワスペ博士、およびトロントの病気の子供のための病院のドレイクラボで応用科学の修士号を卒業したスザンヌウォンです。バリカンを使用して拘束されたマウスの後肢を剃り始め、70%エタノールで拭きます。

マイクロリットルシリンジを使用して、10マイクロリットルの細胞懸濁液中の約10, 000個の細胞を吸引する。マウスの右後肢を伸ばし、26ゲージの針を備えたマイクロリットルシリンジを使用して、細胞懸濁液を大腿部の筋肉組織に安定した動きで注入します。針は、坐骨神経に当たらないように注意しながら、大腿骨と平行に膝に向かって挿入する必要があります。

針を外し、マウスを2番目のケージに戻します。動物を毎日評価し、触診によって後肢の腫瘍の成長を監視します。MRIスキャナーを使用して麻酔をかけたマウスを画像化します。

T2強調画像では、プレーンな寸法と腫瘍が現れる軸方向スライスの数に注意してください。超音波が入る大腿骨と大腿部の外側表面を基準とした腫瘍の位置に注意してください。小口径HIFUシステムを準備するには、発電機の電源を入れ、メンブレンをトランスデューサの上に置き、メンブレンがトランスデューサの下に膨張するまで十分な脱イオン水でトランスデューサを満たします。

しかし、マウスを圧縮するほどしっかりしていません。トランスデューサ回路内の水を30分間脱気して、媒体から溶存酸素を除去します。マウスを麻酔してノーズコーンに移した後、角膜潤滑剤を目に塗布して、麻酔下でまばたき反射がないことによる損傷を防ぎます。

マウスの右後肢を剃ります。右後肢全体を含む剃毛部分に脱毛クリームを塗ります。バイオセーフティキャビネット内でマウスをヒートランプの下に配置して、温度調節に役立てます。

そして、塗布後1分で髪と脱毛クリームを取り除きます。マウスをMRIスレッドのMRI互換ノーズコーンに移動し、非腫瘍ベアリング側を下にしてマウスを置き、腫瘍をそりの3Dプリントされたマウスホルダー内に置きます。マウスの近くにヒートランプを置いて暖かく保ちます。

必要に応じて、圧縮された超音波ゲルパッドセグメントに切断して、ホルダーの底部をマウスの下に置きます ホルダーの底部を厚さで裏打ちし、腫瘍をホルダーの上部まで水平にします。関与していない脚を腫瘍脚から離すか、マウスの下に置くか、腫瘍脚を曲げた状態で伸ばします。足が腫瘍と超音波ビーム経路の近距離場または遠方場にないことを確認してください。

食道温度プローブを挿入するには、食道プローブをノーズコーンに通し、マウスの首を首筋にします。マウスの鼻を上に傾けて、頭を伸ばして口から胃までまっすぐに線を作ります。サーマルプローブを舌の上のマウスの食道に約0.5センチメートルスライドさせ、マウスの鼻の周りのノーズコーンを交換します。

食道プローブとノーズコーンをそりの上部に固定します。次に、直腸温プローブを挿入し、テープで固定します。必要に応じて別のゲルパッドを挿入し、右後肢の周りに目の潤滑剤または超音波ジェルを塗布して隙間を埋めます。

27ゲージのバタフライニードルテール静脈カテーテルを、40マイクロリットルのデッドスペースとテープを備えたマイクロチューブに取り付けられた外側尾静脈にしっかりと挿入します。超音波トランスデューサーの配置を妨げないように、接続ケーブルを使用して呼吸モニターをマウスの頭に向けて置き、テープで固定します。2人で準備したマウス、マウスそり、麻酔ライン、呼吸ライン、尾静脈カテーテル、サーマルプローブコードをMRIスキャナーに運び、MRIスレッドホルダーに入れます。

全員がスクリーニングされ、強磁性であるか、システムの強い磁場内で損傷する可能性のあるMRスイートには何も持ち込まれません。HIFUソフトウェアオペレーターがトランスデューサーのメニスカスを腫瘍の真上に移動して最初の位置合わせを行った後、眼の潤滑剤または脱気された超音波ゲルを腫瘍の上の無毛皮膚に適用し、HIFUトランスデューサーを腫瘍領域に結合します。自動ポンプからのドラッグデリバリーラインを尾静脈カテーテルに接続し、尾静脈ラインと接続ラインのデッドスペースの量を計算します。

MRIレール上のマウスHIFUスレッドをMRIの中央にスライドさせ、空気対流加温装置を最も暖かい設定に置きます。MRIボアの中央にあるマウスに向かって空気を吹き付けるチューブを向け、テープで固定します。加温装置は、超音波処理中のマウスの過熱を防ぐために、後で最低設定に回されます。

軸方向と矢状の両方の調査MR画像を取得して、深さを含む超音波処理ターゲティングのための腫瘍の位置を決定します。HIFUソフトウェアを使用して、画像に測定された目的の移動距離を挿入し、移動する矢印方向をクリックして、それに応じてトランスデューサーの位置を調整します。また、ドリフトチューブの位置に注意してください。

必要に応じて繰り返します。テストショット温度測定取得中に5秒間短い50ミリボルト連続テストショット超音波処理を行うことにより、角膜面内のトランスデューサの焦点の位置を決定します。MR調査画像をHIFUソフトウェア内の焦点の角面図に合わせます。

骨の構造と直腸に対する腫瘍の位置の画像を確認し、必要に応じて探触子の位置を修正します。9回の繰り返し熱画像中にテストショット超音波処理を繰り返して、最小限のオフターゲット加熱で腫瘍体積に均一かつ正確な加熱があるかどうかを確認します。スライス位置、トランスデューサー位置、ステアリングの深さを調整し、必要に応じて繰り返しテストショットで加熱性能を確認します。

HIFU処理監視ソフトウェアを使用して、移動する距離を測定し、プログラムでグリッド座標を変更することにより、最終的な加熱プロファイル内で温度測定監視の関心領域(ROI)を定義します。温度測定出力のドリフト補正のために、ドリフトチューブからの流体信号内にROIを設定します。この流体信号が腫瘍レベルで軸方向計画画像内で明確に定義されていない場合、ドリフトチューブ内の光ファイバー温度プローブからの直接出力がドリフト補正に使用されます。

温度測定の直腸プローブ温度に基づいてベースライン温度を入力します。ソフトウェアで20分間の温熱療法仕様を開き、参照MR画像が収集され、温度測定が開始されたら超音波処理を開始します。内蔵の比例積分微分(PID)コントローラソフトウェアを使用して、熱画像中に20分間の治療を実行します。

ROIの温度が所望の温度に温まってから1.5分後に、選択した薬物を注射する。直腸温度が治療中に急速に上昇し、摂氏40度を超える場合は、超音波処理を停止し、直腸温度を下げてから再開します。治療が完了したら、マウスをMRIボアから取り外し、尾静脈カテーテル挿入部位の止血を確保し、バイオセーフティキャビネットに移します。

水を使用して後肢から超音波ゲルと潤滑剤を洗い流します。マウスをケージに移し、回復を監視します。ヒートランプをケージの一方の端に向け、回復中の温度調節を支援します。

この温熱療法プロトコルを使用して、後肢の腫瘍は、治療期間中、一貫して所望の設定温度に加熱することができた。代表的な処理中に監視される温度をこの図に示します。ROIのすべてのボクセルの平均上位10パーセンタイル温度と上位90パーセンタイル温度がここに表示されます。

各マウスのROI内の治療中の平均温度を、最適化フェーズ中に標準偏差でテストしました。全体の平均気温も表示されます。温熱療法の成功率も時間とともに改善されました。

治療の成功は選択基準に依存していた。それは、全身温度、腫瘍温度、ROIによる変動であり、遠位加熱はありません。ここで、青い線は治療が成功したマウスの割合を表し、オレンジ色のバーは治療されたマウスの数を表す。

各処理は、実験が行われた別々の日付を指します。さらなる研究に最適な低体温治療時間を決定するために、10分と20分の2つの治療期間をテストしました。高速液体クロマトグラフィーおよび質量分析(HPLC MS)を使用して、腫瘍中のドキソルビシンの量を評価し、試験期間間のドキソルビシン蓄積の差を定量化しました。

結果は、通常のサーミアコントロールと比較した20分間の感温性リポソームドキソルビシンと温熱療法群における腫瘍中のドキソルビシンの量の間の有意性を実証する。遊離ドキソルビシン群の腫瘍に差は見られなかった。質量を準備して位置決めするときは、HIFUビームが遮られていないことが不可欠です。

ビーム経路内のゲルまたは骨内の気泡は避けなければならない。組織や血液を採取し、さまざまな臓器の薬物動態や毒性レベルを分析し、治療に対する免疫系の即時反応と遅延反応を調べます。