Abstract
Formål
Den økende forekomsten av små nyresvulster i en aldrende befolkning med komorbiditet har stimulert utviklingen av minimalt invasive behandlinger. Denne studien hadde som mål å vurdere effekten og demonstrere gjennomførbarheten av multimodalitet avbildning av intratumoral administrasjon av Holmium-166 sfærer (
166HoAcAcMS). Denne nye teknikken lokalt ablates nyresvulster gjennom høy energi betapartikler, mens gammastråler tillate atom avbildning og paramagnetisme av holmium åpner for MR.
Metoder
166HoAcAcMS ble administrert intratumorally i ortotopiske renale tumorer (Balb /C-mus). Post administrasjon CT, SPECT og MR ble utført. Ved flere tidspunkter (2 H, 1, 2, 3, 7 og 14 dager) etter administrering MS, ble tumorer målt og histologisk analysert. Holmium akkumulering i organer ble målt ved hjelp av induktivt koplet plasma massespektrometri.
Resultater
166HoAcAcMS ble vellykket administrert til kreft bærende mus. Et slående nær komplett ble observert tumorkontroll i
166HoAcAcMS behandlede mus (0,10 ± 0,01 cm
3 vs. 4,15 ± 0,3 cm
3 for kontroll svulster). Focal nekrose og betennelse var til stede fra 24 timer etter behandling. Nyreparenchymet utenfor utstrålt regionen viste ingen histologiske endringer. Post administrasjon CT, MR og SPECT avdekket klare forekomster av
166HoAcAcMS i nyrene.
Konklusjoner
Intratumorally administreres
166HoAcAcMS har et stort potensial som en ny lokal behandling av nyresvulster for kirurgisk uskikket pasienter. I tillegg til sterk kontroll av kreft, gir det kraftige multimodalitet bildebehandlingsmuligheter
Citation. Bult W, Kroeze SGC, Elschot M, Seevinck PR, Beekman FJ, de Jong HWAM, et al. (2013) intratumorale Administrasjon av Holmium-166 acetylacetonate Mikrokuler Antitumor Effekt og gjennomførbarheten av Multimodalitet Imaging i nyre kreft. PLoS ONE 8 (1): e52178. doi: 10,1371 /journal.pone.0052178
Redaktør: Chin-Tu Chen, The University of Chicago, USA
mottatt: May 14, 2012; Godkjent: 12 november 2012; Publisert: 08.01.2013
Copyright: © 2013 Bult et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av stiftelsen for fremme av forskning i sykehus Apotek University Medical Center Groningen (Stichting OZG) og den nederlandske teknologi grunnlaget STW (tilskudd nummer 06069). Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:. Forfatterne erklærer at Wouter Bult, Stephanie G.C. Kroeze, Mattijs Elschot, Peter R. Seevinck, Hugo W.A.M. de Jong, Donald R. A. Uges, Jos G.W. Kosterink, Peter R. Luijten, Wim E. Hennink, Alfred D. van het Schip, J.L.H. Ruud Bosch, J. Frank W. Nijsen og Judith J.M. Jans har ingen interessekonflikt. Freek Beekman er styremedlem og aksjonær i MILabs. Dette endrer ikke forfatternes tilslutning til alle PLoS ONE politikk på deling av data og materialer.
Innledning
Nyre kreft står for ca 3% av alle krefttilfeller. Med en verdensomspennende forekomsten av 208.000 nye tilfeller og dødelighet av 102.000 pasienter hvert år, er det en av de mest dødelige urin malignitet [1]. I de senere årene har en dramatisk økning av forresten oppdaget små nyresvulster har oppstått, hovedsakelig på grunn av mer utstrakt bruk av ikke-invasive avbildningsteknikker. Disse svulstene er ofte funnet i pasienter som er i kirurgisk risiko på grunn av faktorer som høy alder og komorbiditet [2]. Det har vist seg at ikke alle pasienter kan ha nytte av kirurgisk fjerning av tumoren, og at det er bedre å unngå kirurgisk induserte sykelighet i flere tilfeller [3], [4], [5]. Den anbefalte behandling for små nyresvulster er nephron sparende kirurgi [6], men for pasienter som kirurgisk fjerning anses upassende, minimalt invasive teknikker er også under utvikling [7], [8]. Selv om historisk ekstern stråle strålebehandling (EBRT) ikke har vært effektiv for behandling av nyresvulster grunnet pusterelaterte bevegelse av nyrer og Radiosensitivity av tilstøtende vev, kan nye stråle metodene gir et vellykket alternativ [9]. En viktig ny utvikling for å omgå Radiosensitivity utgaver av friskt vev rundt tumoren er den selektive lokal administrering av radioaktive kilder til tumoren [10], [11]. Et eksempel på denne selektive lokal administrering er Kateter radioembolization med yttrium-90 (
90Y) harpiks og glasskuler (MS), som har vist lovende resultater ved behandling av ikke-opererbar levermetastaser [12], [13], [14] . Muligens kan intratumoral injeksjon være mer effektive enn intraarteriell injeksjon [15]. I denne utredningen, er en ny lokal ablasjon teknikk presenteres ved hjelp av små (10-15 mm) holmium-166 acetylacetonat sfærer (
166HoAcAcMS) med en høy holmium belastning [16].
166Ho avgir både høy energi betapartikler (E
βmax 1,77 og 1,85 MeV, maksimal vevspenetrasjon 8 mm, penetrasjon mener vev 2,5 mm) og gammastråler (0,081 MeV) som gjør det mulig for atom bildebehandling og har en halv -livet av 26,8 h [17]. Videre kan ikke-radioaktive holmium-165 visualiseres med CT og MR, på grunn av sin høye masse-dempningskoeffisienten og dens paramagnetiske egenskaper, henholdsvis [18]. Disse bildemuligheter gir mange fordeler som for eksempel visualisere fordelingen av Holmium sfærer inter- og etterbehandling for direkte terapi evaluering og oppfølging, samt MR-baserte absorbert dose estimering [19]. Denne studien gir et bevis på prinsipp for intratumoral administrasjon av
166HoAcAcMS som en roman behandlingsstrategi for nyrekreft hos pasienter som ikke er kvalifisert for kirurgi, og demonstrerer den elegante
in vivo
multimodalitet bildebehandling nødvendig for behandling veiledning og oppfølging .
Materialer og metoder
Cell kultur
Balb /C nyrekreft celler (Renca, National Cancer Institute, USA) ble opprettholdt ved 37 ° C og 5% CO
2 i Dulbeccos modifiserte Eagles medium (Lonza, Nederland) supplert med 10% føtalt bovint serum (Lonza, Nederland), 1% penicillin /streptomycin, 1% glutamin. For å forberede for
in vivo
transplantasjon ble cellene trypsinert, vasket og holdt på is inntil transplantasjon.
Etikk erklæringen
Alle forsøksprotokoller ble utført etter avtale med Nederland Eksperimenter på dyr loven og den europeiske konvensjon retningslinjer, og akseptert av dyreforsøk Committee Utrecht, Nederland (2009.III.01.003).
Dyreforsøk
Mann Balb /C-mus (Charles River , Nederland) i alderen 9-11 uker, ble anvendt for forsøkene. Alle kirurgiske prosedyrer ble utført under isoflurananestesi (IsoFlo, Abbott Animal Health, Nederland). For å gi smertestillende hver mus fikk 3 mikrogram buprenorfine subkutant (Buprecare, AST Pharma, Nederland) før, og 24 timer etter operasjonen.
ortotopiske nyre tumor modell
I 60 mus, venstre nyre ble eksponert gjennom en flanke innsnitt og en Renca tumor kube av 2 mm diameter ble transplantert under nyrekapselen. Nyresvulster ble tillatt å vokse i en uke, mens velferden mus ble fulgt ved å måle kroppsvekt og oppnå fysiske utseende.
Holmium acetylacetonat MS
HoAcAcMS ble fremstilt som beskrevet av Bult et al [17]. Kort sagt, ble HoAcAcMS fremstilt ved anvendelse av et løsningsmiddel fordampning teknikk. Holmium-acetylacetonat ble oppløst i kloroform (HPLC-kvalitet, Sigma Aldrich, Nederland), fulgt av emulgering i vann inneholdende 2% polyvinylalkohol (gj.sn. MW 30.000-70.000 Da, Sigma Aldrich, Nederland) som emulgator. Etter fordampning av kloroform under kontinuerlig omrøring, ble HoAcAcMS høstet og vasket med vann før sikting for å oppnå den foretrukne partikkelstørrelse (10-15 um). De siktefraksjoner ble tørket ved 40 ° C. Partikkelstørrelsen ble bestemt ved anvendelse av en Coulter Counter, og holmium-innholdet ble bestemt ved anvendelse av kompleksometrisk titrering som beskrevet av Zielhuis et al. [20]. Seksti mg HoAcAcMS ble overført til en høy tetthet poly-etylen ampulle (Posthumus Plastics, Nederland), og nøytron-bestrålt i en time med en termisk nøytronfluks av 5 x 10
12 n cm
-2 s
-1, ved hjelp av det pneumatiske system kanin i en kjernereaktor (Reactor Institute Delft, Nederland) for å gjengi MS radioaktive. Radionuclidic renhet ble bestemt porsjonsvis etter nøytron aktivering til
166HoAcAcMS. Analysen ble utført ved gammaspektroskopi ved anvendelse av en høy renhet germanium detektor og GammaVision programvare. Gammaspekteret oppnådd ble sammenlignet med referansedata for holmium-166 fra ICRP 38 (ICRP, 1983. Radionuclide Transformations -. Energi og intensitet Utslipp ICRP Publication 38. Ann ICRP 11-13.). For gruppe med
165HoAcAcMS anvendt i denne studien ingen andre enn fra holmium-166 toppene var detekterbare etter nøytronaktiveringsanalyse.
For å vurdere MS integritet etter nøytron- bestråling Partikkelstørrelsen ble bestemt ved bruk av en Coulter Counter (Multisizer 3, Beckman Coulter, Nederland), utføre lysmikroskopi og elektronmikroskopi (Phenom, Phenom BV, Nederland). Størrelsen på HoAcAcMS brukes utvalg 10-15 um. Tidligere in vitro og in vivo stabilitetsstudier utført med disse HoAcAcMS før og etter nøytron- bestråling er blitt beskrevet i detalj av Bult et al. [21]. I korthet, ble in vitro frigjøring av holmium vurderes etter inkubering ved 37 ° C i fosfatbuffer i 24 timer til 180 dager viste henholdsvis 0,5% fri holmium, 0,3% og ii: Lever, III: Mage; IV: Nyre; *: artefakt som skyldes holmium på MR bilde 3C) (B) CT bilde, som viser HoAcAcMS i nyrene område som et hvitt område (pil). (C) MR-bilde som viser det myke vevet detalj av denne avbildingsmodalitet og avsetning av HoAcAcMS som en mørk flekk. (D) SPECT bilde, som viser en selektiv visualisering av radioaktiv MS i nyrene. (E) Fused SPECT og CT-bilde. (F) MR bilde smeltet sammen med kartet dose, viser absorbert dose fordelingen i nyrene.
Pasienten er plassert i sideleie i en angiografi suite. De
166HoAcAcMS administreres intratumorally av en skjermet sprøyte under sanntid CT veiledning.
Diskusjoner
gjennomførbarhet og effekt av
166HoAcAcMS som en minimal invasiv behandling var evaluert i en musemodell for nyrekreft. Viktigere, den intratumoral administrasjon på 2,7 MBq
166HoAcAcMS arrestert tumorvekst, som var tydelig en uke etter administrasjon når ca 95% av ioniserende stråling dose er tilført. Forutsatt at alle beta energi avsettes i tumoren, den beregnede gjennomsnittlige tumor absorberte dosen var 323 Gy, med lokale doser så høye som 2200 Gy. Den gjennomsnittlige tumor absorberte dose er omtrent 4-5 ganger høyere enn den 60-80 Gy absorberte dosen som brukes i EBRT som en verdi som er tilstrekkelig for fullstendig svulst drepe. Til tross for den høye beregnet absorberte dose, den lokaliserte natur av stråledosen betraktelig reduserer uønsket skade på omkringliggende vev. Stråledosen til det friske vevet var under 23 Gy i den største delen av nyrene og omkringliggende organer. 23 Gy er den maksimale toleransedose for jevn bestråling nyre [33]. Gitt den maksimale inntrengningsdybde for de utsendte betapartikler (8 mm), og den større størrelsen av nyre, blir stråledosen til sunn parenchyma antas å være ubetydelig ved omregning av den kliniske situasjon.
I tillegg til effekten , muligheten for multimodalitet avbildning av
166HoAcAcMS ble demonstrert. Innskudd på ca 2,7 MBq eller 270 mikrogram
166HoAcAcMS var godt synlig på SPECT, eller CT og MR.
166HoAcAcMS kan derfor betraktes som en sann multimodalitet bilde agent. Spesifisiteten til SPECT var overlegen i forhold til både CT og MRI. I denne studien CT-avbildning ble anvendt for å bestemme fordelingen av
166HoAcAcMS, ettersom de lave mengder aktivitet administrert resultat i en lang innhentingstiden med SPECT (6 minutter for CT-versus 45 minutter SPECT). Hos pasienter raskere SPECT-bildeoverføring vil være mulig, som den mengde aktivitet vil være 20- til 100-ganger høyere. Videre, ved å kombinere den følsomhet og høy kvantitativ nøyaktighet på SPECT [30], [31], [32] med det myke vevet avbildning av MRI, på
166HoAcAcMS terapi kunne nøyaktig evalueres for å sikre fullstendig svulst ablasjon under inngrepet .
bruk av radioaktive mikrosfærer i behandlingen av en eksperimentell svulst modellen var vellykket, og resultatene er svært lovende. Selv om ortotopisk mus modellen ligner den menneskelige situasjon i mange aspekter, et antall punkter må tas opp før intratumoral administrering av
166HoAcAcMS kan bli rutinemessig anvendes i mennesker. Først av alt bør Toksisitetstester utføres i mennesker.
in vivo
stabiliteten av HoAcAcMS ble vurdert i en tumorbærende kaninmodell, noe som viste at stabiliteten av HoAcAcMS i opp til en måned, og ingen toksisitet ble observert [21]. Radioaktivt holmium poly (L-melkesyre) partikler av 20-50 um for intra-arteriell søknad har blitt evaluert for biodistribusjon, effekt og toksisitet hos rotter, kaniner og griser, og har vist sin stabilitet og sikkerhet [29], [34] , et fase-i-undersøkelse av pasienter med levermetastaser er nylig blitt utført [35], [36]. Liknende toksisitet eksperimenter må utføres for
166HoAcAcMS beskrevet her før start av en klinisk studie.
tumorer i undersøkelsen varierte fra 4 til 8 mm på tidspunktet for behandling, som er lik den penetrasjons området for de betapartikler i vev. Det forventes at for nevronet spar behandling av tumorer som er mindre enn 4 cm, 4 til 8 injeksjoner med
166HoAcAcMS er nødvendig for en effektiv utrydding. Dette kan sammenlignes med konvensjonelle minimalt invasive ablativ behandlinger som ofte er behov for flere sonder for å oppnå fullstendig tumor drap [37]. Fordelen med radionuklid terapi sammenlignet med termisk ablative minimalt invasive teknikker er forlenget avgivelse av energi til tumorvevet, på grunn av halveringstiden. Bruk av flere forekomster av
166HoAcAcMS, kan en nøyaktig dosering av dosen gis uavhengig av form og størrelse av tumoren. Som observert, ble en gjennomsnittlig tumordose på 323 Gy oppnådd med en innskudd. Ved plassering av innskudd innen 1 cm fra hverandre er det forventet at fullstendig svulst kill kan oppnås. Men mer forskning garantert til å undersøke forholdet mellom innskudd lokalisering og tumor drepe i større svulster.
En teknisk problem vi oppdaget var levering av ca 50% av den beregnede dose (5 MBq), muligens på grunn av til adsorpsjon av radioaktivt MS på sprøyten vegg og doseringsfeil på grunn av det lille volum injisert. Ved behandling av pasienter, er den administrerte volum høyere, noe som resulterer i en mindre forskjell mellom sikte og faktisk administrerte dose. Videre ble varierende konsentrasjoner av holmium funnet i lungene av flere mus. Tumor vaskularitet, så vel som partikkelstørrelse er en viktig faktor for skjebnen av radioaktiviteten [38]. Selv om nærværet av holmium i lungene er sannsynlig på grunn av utilsiktet vaskulære levering av MS i de intratumorale injeksjoner [14] og med en størrelse på 12,5 pm diffusjon i vevet er mindre sannsynlig, en fremtidige studier må utføres for å undersøke disse to faktorer spesielt. Lung opptaket ble ikke observert ved administrering
166HoAcAcMS percutaneously henhold ultralyd veiledning i hypervascular feline leversvulster [38]. Ultralyd veiledning ikke bare bidrar til å skille friske vevet fra tumorous vev, det visualiserer også tumor blodkar. Dessverre, perkutan ultralydveiledet administrasjonen var ikke mulig i denne modellen. Likevel, hos pasienter prosedyren skal utføres percutaneously etter CT eller ultralyd veiledning, for å sikre nøyaktig dosering og unngå utilsiktet vaskulær levering. En illustrasjon av et CT-styrt tilnærming er vist i figur 3. En ny metode som kan brukes er de i flere plan Global Positioning System-lignende teknologi [39]. En minimal invasiv tilnærming ville gjøre intratumoral administrasjon av
166HoAcAcMS egnet for behandling av pasienter som kirurgisk fjerning anses upassende.
Konklusjoner
Denne studien viser at intratumoral administrasjon av
166HoAcAcMS er en lovende ny minimal invasiv behandling av nyrekreft. Tumorvekst ble arrestert og ble ikke observert tegn på stråleskader utenfor behandlingssonen. Viktigere, multimodalitet bildebehandling inkludert CT, SPECT og MR av små mengder
166HoAcAcMS var gjennomførbart. Dette vil føre til en bedre behandling evaluering og oppfølging og gir en grunnleggende fordel i forhold til dagens behandlingsformer.
Takk
Forfatterne ønsker å takke M.J.J. Koster-Ammerlaan for nøytron bestrålinger, R. de Roos og L. Hubens for teknisk assistanse, J. IJmker for ICP-MS målinger, R.M. Ramakers for hans hjelp med U-CT og U-SPECT bilde oppkjøpet og R. Giles for kritisk lesing av manuskriptet.
