Современные методы нейровизуализации в дифференциальной диагностике лучевых поражений головного мозга у больных с церебральными опухолями

Differentiation of tumor recurrence from radiation-induced brain changes is the main challenge of neuroimaging in patients with treated cerebral tumor. The review presents the limitations of structural imaging and additional opportunities of perfusion imaging techniques, proton magnetic resonance spectroscopy and positron emission tomography in discriminating recurrent tumor from radiation injury.Основной проблемой нейровизуализации при мониторинге лечения больных с церебральными опухолями является дифференциация продолженного роста опухоли и радиационных поражений головного мозга. В обзоре рассмотрены ограничения структурной визуализации и представлены дополнительные возможности перфузионных исследований, магнитнорезонансной спектроскопии по водороду и позитронно-эмиссионной томографии в разграничении рецидивной опухоли и лучевого некроза

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА ЛЕЧЕНИЯ ЦЕРЕБРАЛЬНЫХ ГЛИОМ И ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ДИАГНОСТИКИ ПРИ ПОМОЩИ ПЭТ С [11С]МЕТИОНИНОМ

Authors, including specialists in nuclear medicine, radiologist and neurosurgeon, offer a comprehensive approach to the challenges of brain tumor imaging in assessment of treatment response. Analysis of the vast raw material - PET with [11C] methionine, MRI conducted in dynamics from 1038 patients with cerebral gliomas - allowed to divide the treatment control into 3 main tasks: control of tumor removal after surgery, assessment of the response to therapy and differential diagnosis of recurrent brain tumor and radiation-induced brain changes. The critical meaningful Macdonald criteria, recently proposed RANO criteria (2010) and basic principle that the metabolic changes in tumors revealed by PET using [11C] methionine precede structural changes on MRI were the basis for solving the each problem. The article reviews the advantages and features of using PET in the assessment of glioma surgery and in early detection of glioma progression. Authors paid attention to the relatively new concept of «pseudoprogression» and «pseudoresponse» and formulated metabolic characteristics of these phenomena. Comparison of structural and metabolic parameters provides objective criteria for evaluating the effectiveness of individual treatment.Авторский коллектив, включающий радиологов, специалиста по МРТ и нейрохирурга, предлагает комплексный подход к проблеме мониторинга лечения церебральных глиом. Анализ огромного первичного материала - ПЭТ с [11С]метионином, МРТ, проведенных в динамике у 1038 больных с церебральными глиомами,- позволил разделить общий контроль лечения на три главные задачи: определение радикальности удаления опухоли, оценка эффективности лучевой и химиотерапии, дифференциальная диагностика продолженного роста и лучевых поражений головного мозга. Основой решения каждой задачи послужили критически осмысленные предложения D. Macdonald, более поздние критерии RANO (2010) и базовое положение о том, что метаболические изменения в опухоли, выявленные с помощью туморотропного препарата [11С]метионина, предшествуют структурным изменениям, фиксируемым на МРТ. Детально рассмотрены преимущества и особенности ПЭТ-контроля радикальности хирургического удаления глиом, предложены ранние и надежные признаки продолженного роста глиом. В разграничении продолженного роста опухоли и лучевых поражений головного мозга авторы не только не обошли вниманием относительно новые понятия «псевдопрогрессии» и «псевдоответа», но и сформулировали их четкие признаки. Сопоставление структурных и метаболических параметров обеспечивает объективные критерии для индивидуальной оценки эффективности лечения

Determination of Alkali and Halide Monovalent Ion Parameters for Use in Explicitly Solvated Biomolecular Simulations

Alkali (Li+, Na+, K+, Rb+, and Cs+) and halide (F−, Cl−, Br−, and I−) ions play an important role in many biological phenomena, roles that range from stabilization of biomolecular structure, to influence on biomolecular dynamics, to key physiological influence on homeostasis and signaling. To properly model ionic interaction and stability in atomistic simulations of biomolecular structure, dynamics, folding, catalysis, and function, an accurate model or representation of the monovalent ions is critically necessary. A good model needs to simultaneously reproduce many properties of ions, including their structure, dynamics, solvation, and moreover both the interactions of these ions with each other in the crystal and in solution and the interactions of ions with other molecules. At present, the best force fields for biomolecules employ a simple additive, nonpolarizable, and pairwise potential for atomic interaction. In this work, we describe our efforts to build better models of the monovalent ions within the pairwise Coulombic and 6-12 Lennard-Jones framework, where the models are tuned to balance crystal and solution properties in Ewald simulations with specific choices of well-known water models. Although it has been clearly demonstrated that truly accurate treatments of ions will require inclusion of nonadditivity and polarizability (particularly with the anions) and ultimately even a quantum mechanical treatment, our goal was to simply push the limits of the additive treatments to see if a balanced model could be created. The applied methodology is general and can be extended to other ions and to polarizable force-field models. Our starting point centered on observations from long simulations of biomolecules in salt solution with the AMBER force fields where salt crystals formed well below their solubility limit. The likely cause of the artifact in the AMBER parameters relates to the naive mixing of the Smith and Dang chloride parameters with AMBER-adapted Åqvist cation parameters. To provide a more appropriate balance, we reoptimized the parameters of the Lennard-Jones potential for the ions and specific choices of water models. To validate and optimize the parameters, we calculated hydration free energies of the solvated ions and also lattice energies (LE) and lattice constants (LC) of alkali halide salt crystals. This is the first effort that systematically scans across the Lennard-Jones space (well depth and radius) while balancing ion properties like LE and LC across all pair combinations of the alkali ions and halide ions. The optimization across the entire monovalent series avoids systematic deviations. The ion parameters developed, optimized, and characterized were targeted for use with some of the most commonly used rigid and nonpolarizable water models, specifically TIP3P, TIP4PEW, and SPC/E. In addition to well reproducing the solution and crystal properties, the new ion parameters well reproduce binding energies of the ions to water and the radii of the first hydration shells

Current neuroimaging modalities in differential diagnosis of radiation-induced brain injury in patients with brain tumors

Differentiation of tumor recurrence from radiation-induced brain changes is the main challenge of neuroimaging in patients with treated cerebral tumor. The review presents the limitations of structural imaging and additional opportunities of perfusion imaging techniques, proton magnetic resonance spectroscopy and positron emission tomography in discriminating recurrent tumor from radiation injury

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА ЛЕЧЕНИЯ ЦЕРЕБРАЛЬНЫХ ГЛИОМ И ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ДИАГНОСТИКИ ПРИ ПОМОЩИ ПЭТ С [¹¹С]МЕТИОНИНОМ

Authors, including specialists in nuclear medicine, radiologist and neurosurgeon, offer a comprehensive approach to the challenges of brain tumor imaging in assessment of treatment response. Analysis of the vast raw material - PET with [11C] methionine, MRI conducted in dynamics from 1038 patients with cerebral gliomas - allowed to divide the treatment control into 3 main tasks: control of tumor removal after surgery, assessment of the response to therapy and differential diagnosis of recurrent brain tumor and radiation-induced brain changes. The critical meaningful Macdonald criteria, recently proposed RANO criteria (2010) and basic principle that the metabolic changes in tumors revealed by PET using [11C] methionine precede structural changes on MRI were the basis for solving the each problem. The article reviews the advantages and features of using PET in the assessment of glioma surgery and in early detection of glioma progression. Authors paid attention to the relatively new concept of «pseudoprogression» and «pseudoresponse» and formulated metabolic characteristics of these phenomena. Comparison of structural and metabolic parameters provides objective criteria for evaluating the effectiveness of individual treatment.Авторский коллектив, включающий радиологов, специалиста по МРТ и нейрохирурга, предлагает комплексный подход к проблеме мониторинга лечения церебральных глиом. Анализ огромного первичного материала - ПЭТ с [11С]метионином, МРТ, проведенных в динамике у 1038 больных с церебральными глиомами,- позволил разделить общий контроль лечения на три главные задачи: определение радикальности удаления опухоли, оценка эффективности лучевой и химиотерапии, дифференциальная диагностика продолженного роста и лучевых поражений головного мозга. Основой решения каждой задачи послужили критически осмысленные предложения D. Macdonald, более поздние критерии RANO (2010) и базовое положение о том, что метаболические изменения в опухоли, выявленные с помощью туморотропного препарата [11С]метионина, предшествуют структурным изменениям, фиксируемым на МРТ. Детально рассмотрены преимущества и особенности ПЭТ-контроля радикальности хирургического удаления глиом, предложены ранние и надежные признаки продолженного роста глиом. В разграничении продолженного роста опухоли и лучевых поражений головного мозга авторы не только не обошли вниманием относительно новые понятия «псевдопрогрессии» и «псевдоответа», но и сформулировали их четкие признаки. Сопоставление структурных и метаболических параметров обеспечивает объективные критерии для индивидуальной оценки эффективности лечения