يوضح البروتوكول المقدم هنا التجسيم لدماغ الخنزير باستخدام الحقن المعززة بالحمل الحراري ، مع إرشادات تصور التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) في الوقت الفعلي وتصور توزيع التسريب في الوقت الفعلي.
الهدف العام من هذا الإجراء هو إجراء التجسيم في دماغ الخنزير مع إرشادات التصور بالرنين المغناطيسي (MR) في الوقت الفعلي لتوفير دفعات دقيقة. تم وضع الشخص منبطحا في تجويف MR للوصول الأمثل إلى الجزء العلوي من الجمجمة مع رفع الجذع ، وثني الرقبة ، وميل الرأس إلى أسفل. دبابيس تثبيت مثبتة على الزيجوما الثنائية أبقت الرأس ثابتا باستخدام حامل الرأس. تم وضع ملف مرن للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) عبر حامل الرأس بحيث يمكن الوصول إلى الجمجمة لإجراء التدخل. تم استخدام شبكة تخطيط موضوعة على فروة الرأس لتحديد نقطة الدخول المناسبة للقنية. تم تأمين الإطار التجسيمي ومواءمته بشكل متكرر من خلال إسقاط البرنامج حتى كان الخطأ الشعاعي المتوقع أقل من 0.5 مم. تم استخدام مثقاب يدوي لإنشاء ثقب لدغ لإدخال القنية. تم استخدام التسريب المشترك المعزز بالجادولينيوم لتصور ضخ تعليق الخلية. تم تسجيل فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي المتكررة بوزن T1 في الوقت الفعلي أثناء عملية تسليم الوكيل لتصور حجم توزيع الجادولينيوم. يسمح التصوير المجسم الموجه بالرنين المغناطيسي بالتسريب الدقيق والمتحكم فيه في دماغ الخنزير ، مع المراقبة المتزامنة لدقة إدخال القنية وتحديد حجم توزيع العامل.
في هذا البروتوكول ، نصف تطبيق نظام التصوير بالرنين المغناطيسي التدخلي (iMRI) لوضع القنية والتصور في الوقت الفعلي للحقن في دماغ الخنزير. يسمح تطوير أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي بإدخال قسطرة بدقة1. يسمح التصوير بالرنين المغناطيسي بتصور توزيع عامل التسريب في دماغ المرضى تحت التخدير العام 1,2 لتقييم دقة الإجراء في الوقت الفعلي.
نظام التوجيه التجسيمي الموجه بالرنين المغناطيسي هو منصة مستهدفة تسمح بدقة استهداف أقل من المليمتر1. يستخدم جهاز تصويب مثبت على الجمجمة جنبا إلى جنب مع برنامج مخصص يوفر تصويرا تشريحيا للدماغ مع مسارات إدخال الرصاص المتوقعة ومعلمات التعديل. أثبتت إرشادات التصوير بالرنين المغناطيسي للتدخل الجراحي التجسيمي للدماغ فعاليتها في التطبيقات السريرية ، مثل التحفيز العميق للدماغ في علاج مرض باركنسون2،3،4،5 ، والاستئصال البؤري لعلاج الصرع6،7 ، والتسليم المعزز بالحمل الحراري (CED) للأدوية إلى الجهاز العصبي المركزي8،9.
تستخدم طريقة CED لتوصيل العوامل العلاجية مباشرة إلى الجهاز العصبي المركزي باستخدام الحمل الحراري للسوائل. يعتمد هذا على تدرج ضغط هيدروستاتيكي صغير يتيح تدفق التسريب من طرف قنية التسريب إلى الفضاء خارج الخلية المحيط10. تستخدم طرق التجسيم لتقديم تركيزات عالية من الجزيئات الكبيرة ، أو الجزيئات الصغيرة11،12 ، أو زرع الخلايا 13،14،15 ، أو العوامل العلاجية في هدف أنسجة المخ المختار ، والتحايل على الحاجز الدموي الدماغي. تؤثر عوامل مثل النفاذية ومعاملات الانتشار والضغط الخلفي والامتصاص وآليات التخليص على انتشار العوامل العلاجية16. تستخدم هذه التقنية co-infusate1 القائم على الجادولينيوم ل CED السريري ، لمراقبة عامل التسريب في الوقت الفعلي في الهدف متني. تتم مراقبة المعلمات مثل حجم التوزيع في الأنسجة والحركية ذات الصلة بعد الدقة المستهدفة باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي iMRI.
تمت دراسة دراسات CED لعوامل التسريب عبر نظام التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي في الرئيسيات غير البشرية ، مما أدى إلى إجراءات دقيقة ويمكن التنبؤ بها وآمنة. ثبت أن دقة وضع قنية التسريب تصل إلى خطأ وضع أقل من ملليمتر17. يوفر النظام توزيعا يمكن التنبؤ به بالتسريب ، مع زيادة خطية ملحوظة في حجم التوزيع مع حجم التسريب ، مما يؤدي إلى قنية مقاومة للارتجاع تم إدخالها لاحقا لحقن CED18. تم الإبلاغ عن أن إجراء التسريب بالرنين المغناطيسي iMRI هذا لا يؤدي إلى أي آثار غير مرغوب فيها في الرئيسيات غير البشرية19.
هنا ، نقوم بتوسيع تطبيق sterotaxy الموجه بالرنين المغناطيسي على دماغ الخنزير ، لتقديم ومراقبة توزيع عامل التسريب الذي يتكون من تعليق خلية 300 ميكرولتر. يسمح حجم دماغ الخنزير بالتصوير والتدخلات الجراحية العصبية التي يمكن تطبيقها سريريا على البشر ، وهو أمر غير ممكن في النماذج الحيوانية الأصغر للمرض20. علاوة على ذلك ، ينتج الجهاز المناعي للخنزير استجابات مماثلة لتلك التي لدى البشر من حيث الاستجابات للعوامل البيولوجية أو العلاجية الأخرى21. لذلك ، فإن العمل مع هذا النوع الحيواني لإجراءات توصيل الأدوية التجسيمية له آثار سريرية انتقالية مباشرة وقد يكون أسهل من الناحية اللوجستية من أبحاث الرئيسيات غير البشرية.
استخدمنا نموذج خنزير (خنازير منزلية ، أنثى ، 25 كجم ، 14 أسبوعا من العمر) للتجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي. تم الإبلاغ عن التنفيذ البصري للإجراء التجسيمي في الخنازير في هذه الدراسة. وصفنا تكيفات المساحة لاستيعاب رأس خنزير ، وتصور الإجراء في كل من الفيديو والصور ، والتصوير بالرنين المغناطيسي المتزامن لتقييم توزيع الانغماس في دماغ الخنزير. تم إجراء التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي في مساحة التصوير بالرنين المغناطيسي 3T.
من خلال هذه التجربة ، توضح مجموعتنا أداء التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي في دماغ الخنزير ، وجدول زمني أساسي للتصوير لتتبع الحقن داخل الدماغ. يمكن تطبيق التقنية العامة للتجسيم السريري الذي يتم إجراؤه على البشر على جمجمة الخنازير والدماغ.
الهدف العام من هذا الإجراء هو إجراء التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي في دماغ الخنزير مع إرشادات تصور التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي. يتم تحقيق ذلك من خلال وضع الشخص أولا في تجويف التصوير بالرنين المغناطيسي للوصول الأمثل إلى الجزء العلوي من الجمجمة. الخطوة الثانية هي التخطيط للإدخال الجراحي مع إرشادات التصور بمساعدة التصوير بالرنين المغناطيسي ، والتي تتضمن وضع ومسح شبكة إيمانية لتحديد نقطة الدخول المناسبة لمسار مخطط له مسبقا. يتم تحقيق ذلك من خلال مغنطة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة (1 مم متناحي الخواص) T1 موزونة بمسح صدى التدرج السريع (MPRAGE) ، في مدة 7 دقائق و 44 ثانية. بعد ذلك ، نقوم بتأمين الإطار التجسيمي على الرأس ، وضبط المحاذاة بشكل متكرر من خلال إسقاط البرنامج حتى يصبح الخطأ الشعاعي المتوقع أقل من 0.5 مم. توفر عمليات مسح صدى الدوران السريع 2D turbo (مدة 13 ثانية) في الاتجاهات المائلة إرشادات الصورة. بعد ذلك ، يتم إجراء شق على الجلد ، ويتم استخدام مثقاب يدوي لإنشاء ثقب لدغ لإدخال قنية التسريب في الإحداثيات المحددة مسبقا. الخطوة الأخيرة هي مراقبة التسريب من خلال فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي المتكررة بوزن T1 (3D MPRAGE ؛ 1 دقيقة و 45 ثانية) في الوقت الفعلي باستخدام التسريب المشترك للجلادولينيوم. تظهر النتائج أن التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي يسمح بالتسريب الدقيق والمتحكم فيه في دماغ الخنزير ، بناء على توجيه التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي وفحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي 3D MPRAGE اللاحقة T1 (دقة 1 مم الخواص) المستخدمة لتصور حجم التوزيع.
يقدم هذا البروتوكول أداء التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي إلى دماغ الخنزير داخل جهاز 3T MR مع إمكانية دقة الاستهداف دون المليمتر ، كما تم تحقيقه في الدراسات السابقة1،4،17،18،25. أظهرت تجارب الجثث السابقة مع التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي خطأ شعاعيا قدره 0.2 ± 0.1 مم1. في هذا التقرير ، كان خطأ العمق النهائي فيما يتعلق بالمسار المخطط له 1.4 مم بسبب التقييم عبر الإنترنت وتعديل المسار من قبل الجراحين. كان خطأ العمق النهائي مشابها لنتائج الخطأ الشعاعي (أقل من 2 مم) للتطبيقات السريرية لإجراءات التصوير بالرنين المغناطيسي التجسيمي في البشر26.
هنا ، نوضح موضع الموضوع على طاولة التصوير بالرنين المغناطيسي ، مع رفع جذعه بحيث يمكن أن يسقط الرأس لأسفل قليلا ويشير إلى الخارج نحو نهاية تجويف التصوير بالرنين المغناطيسي. يعد وضع الرأس هذا أمرا بالغ الأهمية لتزويد الجراح بمساحة لإجراء العملية. يسمح الإطار التجسيمي بالتسريب الدقيق والمتحكم فيه في نماذج دماغ الخنزير. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي بتحديد حجم التوزيع بدقة. تقدم الخنازير ، كنماذج حيوانية كبيرة للحقن التي يتم تتبعها في الوقت الفعلي في التصوير بالرنين المغناطيسي ، إمكانية دراسة توصيل الدواء إلى الدماغ ، وتوصيل الخلايا ، وعوامل أخرى ذات قيمة انتقالية.
لدى الخنزير اختلافات تشريحية مميزة يجب مراعاتها ، مقارنة بالبشر أو الرئيسيات غير البشرية. مع نمو الخنازير ، يصبح حجم الجسم في تجويف MR تحديا. يختلف شكل الرأس والجذع عن البشر ، مما يثبت صعوبة استيعابه للوصول الأمثل إلى الدماغ للجراح ، سواء بالنسبة للإجراء الجراحي أو إدخال القنية في الفراغ خارج تجويف التصوير بالرنين المغناطيسي. لذلك ، من الأهمية بمكان وضع الموضوع بطريقة تمكن الجراح من الوصول إلى الرأس من نهاية تجويف التصوير بالرنين المغناطيسي.
الفرق في سمك الجمجمة بين الخنازير والبشر هو عامل يجب مراعاته. في هذا البروتوكول ، سمح تصور التصوير بالرنين المغناطيسي بتقدير دقيق لسمك الجمجمة لإجراء ثقب لدغ فعال. بالنظر إلى استخدام أدوات جراحة الأعصاب طفيفة التوغل هذه ، كان تعافي الحيوانات هادئا.
يوفر التصور الموجه بالرنين المغناطيسي إرشادات في الوقت الفعلي للوصول إلى دماغ الخنزير ، وإدخال الكانيولا ، ومراقبة عامل التسريب. تم الإبلاغ عن أن عملية الحفر وتشوه الأنسجة و / أو تعطيل مساحات المادة البيضاء تساهم في صعوبات في توصيل العامل إلى الدماغ25. توفر فحوصات الرنين المغناطيسي التكرارية أثناء التخطيط وإدخال القنية القدرة على إجراء تعديلات صغيرة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تغيير معلمات التسريب مثل معدل التسريب أو دقة إدخال القنية في الوقت الفعلي أو إيقافها مؤقتا ، وفقا لما يمليه التصوير داخل الإجراء. أخيرا ، يجب اختيار توازن مناسب للانغماسات المشتركة القائمة على الجادولينيوم ، للحصول على تقييم واضح لحجم توزيع العامل.
قد يكون التركيز المفرط لعامل التباين القائم على الجادولينيوم قد حجب توزيعه في فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي27 ، مما يظهر بقعة سوداء حول طرف القنية ، محاطة بمنطقة شديدة الكثافة أظهرت الحدود الخارجية لحجم التسريب. اللقطات المتاحة للإجراء محدودة بسبب القيود المرتبطة بالتصوير في مساحة التصوير بالرنين المغناطيسي المحدودة حول منطقة عمل الجراح. تم استخدام لقطات الفيديو أثناء العملية لتوجيه وصف البروتوكول.
أدت عوامل التسريب عبر التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي في الخنازير ونماذج الحيوانات الكبيرة الأخرى إلى إجراءات دقيقة ويمكن التنبؤ بها وآمنة. يوفر إظهار التجسيم بالرنين المغناطيسي في الخنازير الأساس لقابلية التوسع في العلاجات البحثية التي تحمل قيمة انتقالية عالية للبشر. تم استخدام نماذج الخنازير على نطاق واسع لدراسة الاستجابات المناعية بسبب تشابهها مع الاستجابة البشرية مقارنة بالأنواع الأخرى28. يمكن دراسة العوامل العلاجية التي يتم توصيلها إلى الدماغ في سياق التسريب الدقيق للهدف ، مع فائدة إضافية تتمثل في تصور التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي لموقع التسريب ، والتعديلات اللازمة ، والتقييم أثناء العملية لتوزيعه في الأنسجة.
The authors have nothing to disclose.
يعلن المؤلفون أن هذه الدراسة تلقت تمويلا خيريا من كرسي John S. “Steve” Dunn، Jr. & Dagmar Dunn Pickens Gipe في أبحاث أورام الدماغ في هيوستن ميثوديست. لم يشارك الممول في تصميم الدراسة أو جمعها أو تحليلها أو تفسير البيانات أو كتابة هذه المقالة أو قرار تقديمها للنشر.
تم تمويل هذا العمل جزئيا من خلال المنحة رقم RP190587 من مبادرة الوقاية من السرطان والبحوث (CPRIT) ومؤسسة هيوستن الميثودية.
يشكر المؤلفون Vi Phan و Lien My Phan ، من مركز التصوير الانتقالي في معهد هيوستن ميثوديست للأبحاث ، لمساعدتهم في التصوير بالرنين المغناطيسي.
يعلن المؤلفون أن هذه الدراسة تلقت تمويلا خيريا من بولا ورستي والتر ووقف والتر للنفط والغاز في هيوستن ميثوديست. لم يشارك الممول في تصميم الدراسة أو جمعها أو تحليلها أو تفسير البيانات أو كتابة هذه المقالة أو قرار تقديمها للنشر.
3 Tesla Siemens MAGNETOM Vida | Siemens Healthineers | 70 cm wide-bore 3 Tesla whole body MRI scanner | |
Four channel flex coil | Siemens Healthineers | Placed ventrally to allow access to the skull | |
MR Neuro Patient Drape | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-05 | MR Neuro Patient Drape, Marker Pen, Track Ball Cover, Cable Cover |
MR Neuro Procedure Drape Tapered – Long | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-02-L | MR Neuro Procedure Drape Tapered, Marker Pen, Track Ball Cover |
MR Neuro Procedure Drape Tapered w/Extension – Long | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-03-L | MR Neuro Procedure Drape Tapered w/Extension, Marker Pen, Track Ball Cover |
MR Neuro Scanner Bore Drape w/Extension | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-04 | MR Neuro Scanner Bore Drape w/Extension |
Scalp Mount Base | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SM-01 | Scalp Mount Base and centering too |
Skull Mount Base | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SK-01 | Skull Mount Base |
SMARTFrame Accessory Kit | ClearPoint Neuro, Inc | NGS -AK-01-11 | Stylet, Lancet, Peel-Away Sheath (2), Ruler, Depth Stop (2) |
SMARTFrame Guide Tubes | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-01 | 15 GA Guide Tube, 18 GA Guide Tube and 16GA Guide Tube |
SMARTFrame Guide Tubes .052” / 18 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-02 | .052” Guide Tubes that fit 18 ga devices (5) |
SMARTFrame Guide Tubes .060” / 17 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-03 | .060” Guide Tubes that fit 17 ga devices (5) |
SMARTFrame Guide Tubes .064” / CP Stylet | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-04 | .064” Guide Tubes that fit ClearPoint Stylets (5) |
SMARTFrame Guide Tubes .068” / 16 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-05 | .068” Guide Tubes that fit 16 ga devices (5) |
SMARTFrame Guide Tubes .074” / 15 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-06 | .074” Guide Tubes that fit 15 ga devices (5) |
SMARTFrame MR Fiducial | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-BM-05 | MR Fiducials (5) |
SMARTFrame Scalp Mount Rescue Screw – Long | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-RS-02 | Short Scalp Mount Rescue Bone Screws (3) |
SMARTFrame Scalp Mount Rescue Screw – Short | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-RS-03 | Long Scalp Mount Rescue Bone Screws (3) |
SMARTFrame Skull Mount Rescue Screw | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-RS-01 | Skull Mount Rescue Bone Screws (3) |
SMARTFrame Thumb Wheel Extension Set. | ClearPoint Neuro, Inc | NGS -TE-01 | Light Hand Controller |
SmartFrame XG Device Guide, 2.5 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-03 | 2.5-mm Device Guide |
SmartFrame XG Device Guide, 3.2 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-04 | 3.2-mm Device Guide |
SMARTFrame XG Drill Guide, 4.5 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-02 | 4.5-mm Drill Guide |
SMARTFrame XG Drill Guide, 6.0 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-05 | 6.0-mm Drill Guide |
SMARTFrame XG Exchangeable Device Guides | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-01 | Device Guide, 3.4-mm, Device Guide, 14 GA |
SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SF-02-11 | Stereotactic Frame, Skull Mount Base, Centering Ring, Dock, Standard Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer |
SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame, 5 Fr | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SF-02-11-5 | Stereotactic Frame, Centering Ring, Dock, 5 Fr Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer |
SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame, 7 Fr | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SF-02-11-7 | Stereotactic Frame, Centering Ring, Dock, 7 Fr Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer |
SMARTGrid MR Planning Grid | ClearPoint Neuro, Inc | NGS -SG-01-11 | Marking Grid and Marking Tool |
SMARTTip MR Drill Kit, 4.5-mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-DB-45 | 4.5-mm Drill Bit, 3.2-mm Drill Bit, Lancet, Depth Stop, Ruler |
SMARTTwist MR Hand Drill | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-HD-01 | Hand Drill |
VentiPAC | SurgiVet | V727000 | Mechanical ventilator |
Wharen Centering Guide | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-CG-01 | Wharen Centering Guide |