Регистрация полевых потенциалов в ткани головного мозга как новый критерий выявления границ глиальных опухолей

Цель исследования — оценить возможности использования показателей электрофизиологической активности опухолевой ткани и перитуморальной области в качестве критериев определения границ на примере экспериментальной модели глиобластомы.

Материалы и методы. Использованы методы регистрации электрофизиологической внеклеточной активности (полевых постсинаптических потенциалов) и регистрации глутаматных токов в астроцитах с помощью метода пэтч-кламп; магнитно-резонансная томография; хирургическая операционная техника in vivo. Эксперименты выполнены с использованием клеточных культур (первичная моноастроцитарная культура мыши, культура постоянной клеточной линии глиомы человека 2211); переживающих срезов гиппокампа головного мозга мышей; крыс с привитой злокачественной глиомой 101.8 для in vivo исследований.

Результаты. Проведена оценка нескольких электрофизиологических параметров активности нейронов и глиальных клеток в клеточных культурах, переживающих срезах гиппокампа, а также в ткани целого мозга. При регистрации полевых постсинаптических потенциалов в ткани целого мозга установлены различия функциональной активности неповрежденных участков и области развития глиомы. Полевые потенциалы в области глиомы не детектировались, что свидетельствует о невозбудимости опухолевой ткани.

Заключение. Полевые потенциалы, регистрируемые в ткани мозга in vivo, могут быть использованы в качестве нового критерия для определения границ глиальных опухолей головного мозга.

1. Mahboob S.O., Eljamel M. Intraoperative image-guided surgery in neuro-oncology with specific focus on high-grade gliomas. Future Oncol 2017; 13(26): 2349–2361, https://doi.org/10.2217/fon-2017-0195.
2. Cohen A.L., Colman H. Glioma biology and molecular markers. Cancer Treat Res 2015; 163: 15–30, https://doi.org/10.1007/978-3-319-12048-5_2.
3. Смолин А.В., Бекяшев А.Х., Кобяков Г.Л., Шара­бура Т.М., Муфазалов Ф.Ф., Канищева Н.В., Бумагина В.О. Первые результаты Российского многоцентрового иссле­дования по эпидемиологии злокачественных гли­ом. Сов­ре­менная онкология 2014; 16(2): 50–55.
4. de Paula L.B., Primo F.L., Tedesco A.C. Nanomedicine associated with photodynamic therapy for glioblastoma treatment. Biophys Rev 2017; 9(5): 761–773, https://doi.org/10.1007/s12551-017-0293-3.
5. Eljamel M.S., Mahboob S.O. The effectiveness and cost-effectiveness of intraoperative imaging in high-grade glioma resection; a comparative review of intraoperative ALA, fluorescein, ultrasound and MRI. Photodiagnosis Photodyn Ther 2016; 16: 35–43, https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2016.07.012.
6. Абсалямова О.В., Аникеева О.Ю., Голанов А.В., Кобя­­ков Г.Л., Коновалов А.Н., Корниенко В.Н., Криво­шапкин А.Л., Лошаков В.А., Олюшин В.Е., Потапов А.А., Рыжова М.В., Таняшин С.В., Трунин Ю.Ю., Улитин А.Ю., Шишкина Л.В. Клинические рекомендации по лечению пер­вичных опухолей центральной нервной системы. Н. Новгород; 2013.
7. Reitman Z.J., Winkler F., Elia A.E.H. New directions in the treatment of glioblastoma. Semin Neurol 2018; 38(1): 50–61, https://doi.org/10.1055/s-0038-1623534.
8. Улитин А.Ю., Мацко Д.Е., Олюшин В.Е. Нейро­эпи­­те­лиальные опухоли головного мозга. СПб: Изд-во ФГБУ «РНХИ им. проф. А.Л. Поленова»; 2014.
9. Анохина Ю.Е., Гайдар Б.В., Мартынов Б.В., Свис­тов Д.В., Папаян Г.В., Григорьевский Д.И. Прогностическая значимость объема хирургического вмешательства в усло­виях применения интраоперационной флуоресцентной диаг­ностики у пациентов со злокачественными глиомами головного мозга. Вестник Российской военно-медицинской ака­демии 2014; 1(45): 19–24.
10. Sanai N., Chang S., Berger M.S. Low-grade gliomas in adults: a review. J Neurosurg 2011; 115(5): 948–965, https://doi.org/10.3171/2011.7.jns10238.
11. Kuhnt D., Becker A., Ganslandt O., Bauer M., Buchfelder M., Nimsky C. Correlation of the extent of tumor volume resection and patient survival in surgery of glioblastoma multiforme with high-field intraoperative MRI guidance. Neuro Oncol 2011; 13(12): 1339–1348, https://doi.org/10.1093/neuonc/nor133.
12. Robert S.M., Sontheimer H. Glutamate transporters in the biology of malignant gliomas. Cell Mol Life Sci 2014; 71(10): 1839–1854, https://doi.org/10.1007/s00018-013-1521-z.
13. Халанский А.С., Кондакова Л.И. Перевиваемый штамм глиомы крысы 101.8 I. Биологическая характе­рис­тика. Клиническая и экспериментальная морфология 2013; 4(8): 63–69.
14. Lebedeva A.V., Dembitskaya Y.V., Pimashkin A.S., Zhuravleva Z.D., Shishkova E.A., Semyanov A.V. The role of energy substrates in astrocyte calcium activity of rat hippocampus in early postnatal ontogenesis. Sovremennye tehnologii v medicine 2015; 7(3): 14–19, https://doi.org/10.17691/stm2015.7.3.02.
15. Lebedeva A., Plata A., Nosova O., Tyurikova O., Semyanov A. Activity-dependent changes in transporter and potassium currents in hippocampal astrocytes. Brain Res Bull 2018; 136: 37–43, https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2017.08.015.
16. Sofroniew M.V., Vinters H.V. Astrocytes: biology and pathology. Acta Neuropathol 2010; 119(1): 7–35, https://doi.org/10.1007/s00401-009-0619-8.
17. Vogelbaum M.A. Does extent of resection of a glioblastoma matter? Clin Neurosurg 2012; 59: 79–81, https://doi.org/10.1227/neu.0b013e31826b2e75.
18. Li P., Qian R., Niu C., Fu X. Impact of intraoperative MRI-guided resection on resection and survival in patient with gliomas: a meta-analysis. Curr Med Res Opin 2017; 33(4): 621–630, https://doi.org/10.1080/03007995.2016.1275935.
19. Scherer M., Jungk C., Younsi A., Kickingereder P., Müller S., Unterberg A. Factors triggering an additional resection and determining residual tumor volume on intraoperative MRI: analysis from a prospective single-center registry of supratentorial gliomas. Neurosurg Focus 2016; 40(3): E4, https://doi.org/10.3171/2015.11.focus15542.
20. Kubben P.L., Scholtes F., Schijns O.E., Ter Laak-Poort M.P., Teernstra O.P., Kessels A.G., van Overbeeke J.J., Martin D.H., van Santbrink H. Intraoperative magnetic resonance imaging versus standard neuronavigation for the neurosurgical treatment of glioblastoma: a randomized controlled trial. Surg Neurol Int 2014; 5: 70, https://doi.org/10.4103/2152-7806.132572.
21. Senft C., Bink A., Franz K., Vatter H., Gasser T., Seifert V. Intraoperative MRI guidance and extent of resection in glioma surgery: a randomised, controlled trial. Lancet Oncol 2011; 12(11): 997–1003, https://doi.org/10.1016/s1470-2045(11)70196-6.
22. Enchev Y., Bozinov O., Miller D., Tirakotai W., Heinze S., Benes L., Bertalanffy H., Sure U. Image-guided ultrasonography for recurrent cystic gliomas. Acta Neurochir (Wien) 2006; 148(10): 1053–1063, https://doi.org/10.1007/s00701-006-0858-6.
23. Cheng L.G., He W., Zhang H.X., Song Q., Ning B., Li H.Z., He Y., Lin S. Intraoperative contrast enhanced ultrasound evaluates the grade of glioma. Biomed Res Int 2016; 2016: 2643862, https://doi.org/10.1155/2016/2643862.
24. Prada F., Mattei L., Del Bene M., Aiani L., Saini M., Casali C., Filippini A., Legnani F.G., Perin A., Saladino A., Vetrano I.G., Solbiati L., Martegani A., DiMeco F. Intraoperative cerebral glioma characterization with contrast enhanced ultrasound. Biomed Res Int 2014; 2014: 484261, https://doi.org/10.1155/2014/484261.
25. Wirtz C.R., Albert F.K., Schwaderer M., Heuer C., Staubert A., Tronnier V.M., Knauth M., Kunze S. The benefit of neuronavigation for neurosurgery analyzed by its impact on glioblastoma surgery. Neurol Res 2000; 22(4): 354–360, https://doi.org/10.1080/01616412.2000.11740684.
26. Tursynov N., Grigolashvili M., Kauynbekova S., Grigolashvili S. Evaluating the efficacy of neuronavigation in surgical treatment of glial tumors. Georgian Med News 2017; 262: 14–20.
27. Gerard I.J., Kersten-Oertel M., Petrecca K., Sirhan D., Hall J.A., Collins D.L. Brain shift in neuronavigation of brain tumors: a review. Med Image Anal 2017; 35: 403–420, https://doi.org/10.1016/j.media.2016.08.007.
28. Suero Molina E., Schipmann S., Stummer W. Maximizing safe resections: the roles of 5-aminolevulinic acid and intraoperative MR imaging in glioma surgery-review of the literature. Neurosurg Rev 2017, https://doi.org/10.1007/s10143-017-0907-z.
29. Xie Y., Thom M., Ebner M., Wykes V., Desjardins A., Miserocchi A., Ourselin S., McEvoy A.W., Vercauteren T. Wide-field spectrally resolved quantitative fluorescence imaging system: toward neurosurgical guidance in glioma resection. J Biomed Opt 2017; 22(11): 1–14, https://doi.org/10.1117/1.jbo.22.11.116006.
30. Eljamel S. 5-ALA fluorescence image guided resection of glioblastoma multiforme: a meta-analysis of the literature. Int J Mol Sci 2015; 16(5): 10443–10456, https://doi.org/10.3390/ijms160510443.
31. Acerbi F., Cavallo C., Schebesch K.M., Akçakaya M.O., de Laurentis C., Hamamcioglu M.K., Broggi M., Brawanski A., Falco J., Cordella R., Ferroli P., Kiris T., Höhne J. Fluorescein-guided resection of intramedullary spinal cord tumors: results from a preliminary, multicentric, retrospective study. World Neurosurg 2017; 108: 603–609, https://doi.org/10.1016/j.wneu.2017.09.061.
32. Acerbi F., Broggi M., Eoli M., Anghileri E., Cavallo C., Boffano C., Cordella R., Cuppini L., Pollo B., Schiariti M., Visintini S., Orsi C., La Corte E., Broggi G., Ferroli P. Is fluorescein-guided technique able to help in resection of high-grade gliomas? Neurosurg Focus 2014; 36(2): E5, https://doi.org/10.3171/2013.11.focus13487.
33. Barone D.G., Lawrie T.A., Hart M.G. Image guided surgery for the resection of brain tumours. Cochrane Database Syst Rev 2014; 1: CD009685, https://doi.org/10.1002/14651858.cd009685.pub2.
34. Li Y., Rey-Dios R., Roberts D.W., Valdés P.A., Cohen-Gadol A.A. Intraoperative fluorescence-guided resection of high-grade gliomas: a comparison of the present techniques and evolution of future strategies. World Neurosurg 2014; 82(1–2): 175–185, https://doi.org/10.1016/j.wneu.2013.06.014.
35. Jenkinson M.D., Barone D.G., Bryant A., Vale L., Bulbeck H., Lawrie T.A., Hart M.G., Watts C. Intraoperative imaging technology to maximise extent of resection for glioma. Cochrane Database Syst Rev 2018; 1: CD012788, https://doi.org/10.1002/14651858.cd012788.pub2.
36. Горяйнов С.А., Потапов А.А., Пицхелаури Д.И., Ко­бя­ков Г.Л., Охлопков В.А., Гаврилов А.Г., Шур­хай В.А., Жуков В.Ю., Шишкина Л.В., Лощенов В.Б., Са­вельева Т.А., Кузьмин С.Г., Чумакова А.П., Spallone A. Интра­опера­цион­ная флуоресцентная диагностика и ла­зер­ная спектроскопия при повторных операциях по поводу глиом головного моз­га. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бур­денко 2014; 78(2): 22–31.
37. Tyurikova O., Dembitskaya Y., Yashin K., Mishchenko M., Vedunova M., Medyanik I., Kazantsev V. Perspectives in intraoperative diagnostics of human gliomas. Comput Math Methods Med 2015; 2015: 1–9, https://doi.org/10.1155/2015/479014.
38. Banc A., Stan C., Florian I.S. Optical coherence tomography as a marker of vision in children with optic pathway gliomas. Childs Nerv Syst 2018; 34(1): 51–60, https://doi.org/10.1007/s00381-017-3578-8.
39. Garzon-Muvdi T., Kut C., Li X., Chaichana K.L. Intraoperative imaging techniques for glioma surgery. Future Oncol 2017; 13(19): 1731–1745, https://doi.org/10.2217/fon-2017-0092.
40. Gempt J., Bette S., Ryang Y.M., Buchmann N., Peschke P., Pyka T., Wester H.J., Förster S., Meyer B., Ringel F. 18F-fluoro-ethyl-tyrosine positron emission tomography for grading and estimation of prognosis in patients with intracranial gliomas. Eur J Radiol 2015; 84(5): 955–962, https://doi.org/10.1016/j.ejrad.2015.01.022.
41. Zehri A.H., Ramey W., Georges J.F., Mooney M.A., Martirosyan N.L., Preul M.C., Nakaji P. Neurosurgical confocal endomicroscopy: a review of contrast agents, confocal systems, and future imaging modalities. Surg Neurol Int 2014; 5(1): 60, https://doi.org/10.4103/2152-7806.131638.
42. Kiseleva E.B., Yashin K.S., Moiseev A.A., Snopova L.B., Gelikonov G.V., Medyanik I.A., Kravets L.Ya., Karyakin N.N., Vitkin I.A., Gladkova N.D. Quantitative cross-polarization optical coherence tomography detection of infiltrative tumor margin in a rat glioma model: a pilot study. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(1): 6, https://doi.org/10.17691/stm2018.10.1.01.

Mishchenko M.A., Lebedeva A.V., Mishchenko Т.А., Yashin K.S., Lepekhina L.S., Astafyeva K.A., Ivanova I.P., Vedunova М.V., Medyanik I.A., Kazantsev V.B. Field Potentials Recording in the Brain Tissue as a New Criterion for Determination of Glial Tumors Boundaries. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(3): 32, https://doi.org/10.17691/stm2018.10.3.4